Principiul termometrului cu lichid în sticlă
Termometrul cu lichid în sticlă este cel mai frecvent utilizat dispozitiv pentru măsurarea temperaturii și este ieftin de realizat și ușor de utilizat.
Termometrul cu lichid în sticlă are un bulb de sticlă atașat la un tub de sticlă sigilat (numit și tijă sau tub capilar).
Un orificiu foarte subțire, numit orificiu, există din bulb și se extinde în jos pe centrul tubului.
Bulbul este de obicei umplut fie cu mercur, fie cu alcool de culoare roșie și este liber să se dilate și să se ridice în tub atunci când temperatura crește, și să se contracte și să se deplaseze în josul tubului atunci când temperatura scade.
În termometrele cu lichid în sticlă (LIG), elementul sensibil din punct de vedere termic este un lichid conținut într-un înveliș de sticlă gradat.
Principiul folosit pentru a măsura temperatura este cel al dilatării termice aparente a lichidului.
Un termometru tipic cu lichid în sticlă este prezentat în figura de mai jos.
Fondul tubului de sticlă este acoperit cu smalț alb, iar partea frontală a tubului de sticlă formează o lupă care mărește coloana de lichid și facilitează cu citirea temperaturii.
În figura de mai jos (stânga), este reprezentat un termometru complet din sticlă, cu scara gravată pe tijă.
Termometrele cu lichid în sticlă sunt fragile și, pentru utilizare industrială, termometrul este montat într-o carcasă de protecție, iar scara este gravată pe o placă separată care face parte din carcasa de protecție.
Un termometru industrial este prezentat în figura de mai jos (dreapta).
Cuprinde în principal:
- Un bulb care acționează ca un recipient pentru lichidul de funcționare unde se poate extinde sau contracta cu ușurință în capacitate.
- O tijă, „un tub de sticlă care conține un mic capilar conectat la bulb și mărit în partea de jos într-un bulb care este parțial umplut cu un lichid de funcționare”.
- O scală de temperatură care este, în principiu, prestabilită sau imprimată pe tijă pentru afișarea citirilor de temperatură.
- Un punct de referință, adică un punct de calibrare care este, cel mai adesea, punctul de gheață.
- Un lichid de lucru care este, în general, fie mercur, fie alcool.
- Un gaz inert, în principal argon sau azot, care este umplut în interiorul termometrului deasupra mercurului pentru a reduce volatilizarea acestuia.
Lichidele utilizate în termometrele de sticlă
Avantaje
Cele mai importante avantaje asociate cu utilizarea termometrelor cu lichid în sticlă sunt următoarele:
- Sunt comparativ mai ieftine decât alte dispozitive de măsurare a temperaturii.
- Sunt la îndemână și comode de utilizat.
- În comparație cu termometrele electrice, acestea nu necesită alimentare cu energie electrică sau baterii pentru încărcare.
- Pot fi aplicate frecvent în zone în care există probleme de electricitate.
- Asigură o repetabilitate foarte bună și calibrarea lor rămâne neafectată.
Limitări
Utilizarea termometrelor cu lichid în sticlă include și următoarele limitări:
- Sunt considerate nepotrivite pentru aplicații care implică temperaturi extrem de ridicate sau scăzute.
- Nu pot fi aplicate în regiuni în care sunt de dorit rezultate foarte precise.
- În comparație cu termometrele electrice, acestea sunt foarte slabe și delicate. Prin urmare, trebuie manevrate cu mare grijă, deoarece este posibil să se rupă.
- În plus, nu pot furniza rezultate digitale și automate. Prin urmare, utilizarea lor este limitată la domenii în care doar citirea manuală este adecvată, de exemplu, un termometru de uz casnic.
- „Citirile de temperatură trebuie notate imediat după ce sunt scoase, deoarece un termometru de sticlă poate fi afectat de temperatura mediului, de căldura produsă de mâna care îl ține, de curățare etc. Această temperatură ar trebui să fie înregistrată deoarece un termometru de sticlă nu oferă o reamintire a temperaturii măsurate.”
- Citerea temperaturii prin intermediul termometrelor cu lichid în sticlă necesită o vedere strălucitoare.
- Elementul lichid conținut într-un termometru de sticlă poate fi periculos sau riscant pentru sănătate din cauza potențialelor scurgeri de substanțe chimice ale acestora.
- Aceste termometre afișează temperatura fie pe scara Celsius, fie pe scara Fahrenheit. Astfel, ar fi necesară o conversie a temperaturii dacă se dorește citirea temperaturii pe o altă scală.
Tipuri de termometre cu lichid în sticlă
Există două tipuri majore de termometre cu lichid în sticlă care sunt menționate mai jos:
- Termometre cu mercur
- Termometre cu alcool
Termometre cu mercur
Acest tip de termometru a fost dezvoltat de un fizician de origine germană pe nume Daniel Gabriel Fahrenheit.
Este format din mercur sub formă de lichid umplut într-un tub de sticlă. Pe corpul tubului de sticlă sunt prevăzute repere calibrate care facilitează citirea temperaturii.
La un capăt al termometrului se formează un bulb care conține cea mai mare parte a mercurului.
Dilatația și contracția acestei mărimi de mercur este apoi mărită în continuare în orificiul extrem de subțire al tubului de sticlă. Aceasta ajută la creșterea sensibilității termometrului.
În general, zona de deasupra mercurului este umplută cu gaze inerte precum azotul. Cu toate acestea, această zonă poate fi lăsată și vidată.
Există diverse tipuri de termometre cu mercur în sticlă. „Un termometru maxim este un tip unic de termometru cu mercur care funcționează prin faptul că are o constricție în gât, aproape de bulb.
Mercurul este forțat să urce prin constricție prin forța de expansiune pe măsură ce temperatura crește. Atunci când are loc o scădere a temperaturii, coloana de mercur se rupe la constricție și nu se poate întoarce la bulb și va rămâne staționară în tub.”
Cu ajutorul unui termometru de maxim se poate măsura temperatura maximă pe un interval de timp prestabilit.
Reinițializarea termometrului de maxim este un proces foarte simplu care necesită doar o oscilație bruscă a termometrului.
Punctul de îngheț al mercurului este de – 38,83°C la care acesta se solidifică. Cu toate acestea, el nu duce la expansiune la solidificare și, prin urmare, nu va exista pericolul spargerii sticlei tubului termometrului.
De fiecare dată când există o creștere a temperaturii, gazul de azot umplut deasupra mercurului din tubul de sticlă coboară de obicei pe coloană și rămâne blocat acolo.
Toată această acțiune poate afecta funcționarea termometrului. Pentru a preveni această dificultate, trebuie să se reușește să se introducă termometre cu mercur în interior atunci când temperatura scade până la – 37°C.
În zonele în care limita superioară a temperaturii este de – 38,83°C, se poate folosi un termometru din aliaj mercur-taliu care are o i de îngheț.adică punctul de solidificare de – 61,1°C.
Termometre cu alcool
Termometrele cu alcool înlocuiesc termometrele cu mercur în multe aplicații.
Ele folosesc alcoolul ca lichid de umplere în tuburi de sticlă. Domeniul de măsurare a temperaturii termometrelor cu alcool variază de la 115°C la 785°C, unde primul este punctul de îngheț al alcoolului, iar al doilea este punctul de fierbere al alcoolului.
Un termometru tipic pentru a obține citiri ale temperaturii mediului înconjurător trebuie să aibă un domeniu de temperatură de la -20°F la 120°F i.adică de la -30°C la 50°C.
Alcoolul, fiind o substanță volatilă, poate duce la despărțirea coloanei din termometru din cauza unui șoc mecanic.
Coloana poate fi din nou îmbinată făcând termometrul să cadă pe o suprafață de lemn învelită cu multe foi de hârtie. „Țineți termometrul în poziție verticală, cu capătul bulbului în jos, între 4 și 6 centimetri deasupra suprafeței de lemn acoperite cu hârtie și apoi lăsați-l să cadă.
După ce bulbul termometrului lovește hârtia, prindeți termometrul cu cealaltă mână pentru a preveni ruperea. Cantități mici de alcool se pot agăța de porțiunea din tubul capilar de deasupra coloanei de alcool.”
Partea de temperatură ridicată a termometrului poate fi încălzită sub o lampă cu incandescență, care va aduce alcoolul în jos pe coloană.
Se poate monta, de asemenea, termometrul pe verticală pentru o noapte, ceea ce va permite readucerea alcoolului în coloană.
Acest termometru nu ar trebui să fie niciodată utilizat cu o coloană de lichid despărțită, deoarece aceasta duce, în general, la măsurători incorecte ale temperaturii.
Citește și : Ce este temperatura?