Ртутный стеклянный термометр
Ртутный стеклянный или ртутный термометр — это термометр , который использует тепловое расширение и сжатие жидкой ртути для определения температуры .
Строительство
[ редактировать ]Обычный ртутный термометр представляет собой тщательно изготовленный кусок стекла в форме трубки , окружающий резервуар, наполненный ртутью, соединенный с чрезвычайно тонким каналом, называемым капиллярным отверстием , который представляет собой камеру, в которую может расширяться ртуть из резервуара. Более короткий выпуклый конец трубки, содержащей резервуар, называется колбой , а более длинный и узкий конец с отверстием называется стержнем . На ножке или на тщательно выровненной пластине рядом с ней выгравирована градуированная температурная шкала . Более низкие температуры наблюдаются возле луковицы, а более высокие – возле верхушки стебля. Пространство над ртутью может быть заполнено газообразным азотом или находиться при давлении ниже атмосферного , то есть в частичном вакууме . [1]
Теория работы
[ редактировать ]По мере изменения температуры окружающей среды ртуть термически расширяется и сжимается, заставляя ее перемещаться из резервуара или в него и в то же время подниматься или опускаться через отверстие. Хотя изменения объема ртути незначительны [2] — небольшой объем канала по сравнению с объемом колбы визуально усиливает изменение. Эта конструктивная особенность приводит к четко видимому перемещению ртути вверх или вниз по шкале, что позволяет точно измерять температуру.
Калибровка
[ редактировать ]Чтобы откалибровать термометр, колбу доводят до теплового равновесия с эталоном температуры, таким как смесь льда и воды, а затем с другим стандартом, таким как вода/пар, и трубку делят на равные промежутки между фиксированными точками. . В принципе, термометры, изготовленные из разных материалов (например, цветные спиртовые термометры можно ожидать, что ), будут давать разные промежуточные показания из-за разных свойств расширения; на практике используемые вещества выбираются так, чтобы иметь достаточно линейные характеристики расширения в зависимости от термодинамической температуры и, таким образом, давать аналогичные результаты.
История
[ редактировать ]
Самое раннее задокументированное использование ртути в термометре относится, возможно, к 1620-м годам, когда ученый-иезуит Афанасий Кирхер использовал ртуть для своего воздушного термометра, предшественника стеклянных термометров. [3] : 23 Позже, в 1650-х годах, были проведены неудачные эксперименты, чтобы определить, может ли ртуть быть лучшей заменой спиртных напитков в закрытом стеклянном термометре. В 1659 году астроном Исмаэль Бульо отказался от использования ртути, когда обнаружил, что она не так реагирует на изменения температуры, как спирты. [3] : 36–38
В 1713 году Даниэль Габриэль Фаренгейт начал экспериментировать с ртутными термометрами. К 1717 году он начал производить их на коммерческой основе. [3] : 79 Превосходство его ртутных термометров над термометрами на спиртовой основе сделало их очень популярными, что привело к широкому распространению его шкалы Фаренгейта — системы измерения, которую он разработал и использовал для своих термометров. [4]
Андерс Цельсий , шведский учёный, разработал шкалу Цельсия, которая была описана в его публикации «Происхождение температурной шкалы Цельсия» в 1742 году.
Для определения своей шкалы Цельсий использовал две фиксированные температурные точки: температуру таяния льда и температуру кипящей воды, обе при атмосферном давлении стандартной атмосферы . Это не была новая идея, поскольку Исаак Ньютон уже работал над чем-то подобным. Отличие Цельсия заключалось в использовании условия плавления, а не замерзания. Эксперименты по достижению хорошей калибровки его термометра продолжались две зимы. Проводя один и тот же эксперимент снова и снова, он обнаружил, что лед всегда тает при одной и той же калибровочной отметке на термометре. Он нашел аналогичную фиксированную точку при калибровке кипящей воды по водяному пару (когда это будет сделано с высокой точностью, будут видны изменения в зависимости от атмосферного давления; Цельсий заметил это). В тот момент, когда он вынул термометр из пара, уровень ртути слегка поднялся. Это было связано с быстрым охлаждением (и сжатием) стекла.
Когда Цельсий решил использовать свою собственную температурную шкалу, он первоначально определил свою шкалу «перевернутой», то есть он решил установить точку кипения чистой воды на уровне 0 °C (212 °F), а точку замерзания — на уровне 100 °C ( 32 °F). [5] Год спустя француз Жан-Пьер Кристин предложил инвертировать шкалу, установив точку замерзания 0 ° C (32 ° F) и точку кипения 100 ° C (212 ° F). [6] Он назвал это стоградусным (100 шагов).
Наконец, Цельсий предложил метод калибровки термометра:
- Поместите цилиндр термометра в тающий лед из чистой воды и отметьте точку, где жидкость в термометре стабилизируется. Эта точка является точкой замерзания/оттаивания воды.
- Таким же образом отметьте точку стабилизации жидкости при помещении термометра в пары кипящей воды.
- Разделите длину между двумя отметками на 100 равных частей.
Этих точек достаточно для приблизительной калибровки, но точки замерзания и кипения воды меняются в зависимости от атмосферного давления. Более поздние термометры, в которых использовалась жидкость, отличная от ртути, также давали несколько иные показания температуры. На практике эти изменения были очень незначительными и оставались близкими к термодинамической температуре после ее открытия. Эти вопросы были исследованы экспериментально с помощью газового термометра . До открытия истинной термодинамической температуры обычно определяли с температуру помощью ртутного термометра.
Современные термометры часто калибруются с использованием тройной точки воды вместо точки замерзания; тройная точка находится при температуре 273,16 Кельвина (К), 0,01 ° C.
Максимальный термометр
[ редактировать ]
Один особый вид стеклянного ртутного термометра, называемый максимальным термометром, работает за счет сужения горлышка рядом с колбой. По мере повышения температуры ртуть выталкивается вверх через сужение под действием силы расширения. При понижении температуры столбик ртути разрывается в месте сужения и не может вернуться в колбу, оставаясь неподвижным в трубке. Затем наблюдатель может определить максимальную температуру за установленный период времени. Для сброса термометра его необходимо резко качнуть. Эта конструкция используется в традиционном медицинском термометре .
Максимальный минимальный термометр
[ редактировать ]Максимально-минимальный термометр, также известный как термометр Шести , представляет собой термометр, который регистрирует максимальную и минимальную температуру, достигнутую за определенный период времени, обычно за 24 часа. Оригинальная конструкция содержит ртуть, но исключительно для обозначения положения столбика спирта, расширение которого указывает на температуру; это не термометр, работающий за счет расширения ртути; Доступны безртутные версии.
Физические свойства
[ редактировать ]Ртутные термометры охватывают широкий диапазон температур от -37 до 356 ° C (от -35 до 673 ° F); Верхний температурный диапазон прибора можно расширить за счет введения инертного газа, такого как азот. Такое введение инертного газа увеличивает давление на жидкую ртуть и, следовательно, ее температуру кипения, что в сочетании с заменой Pyrex стекла плавленым кварцем позволяет расширить верхний температурный диапазон до 800 ° C (1470 ° F).
Ртуть нельзя использовать при температуре ниже температуры, при которой она становится твердой (-38,83 °C (-37,89 °F). Если термометр содержит азот, газ может стекать в колонку при затвердевании ртути и задерживаться там при повышении температуры, делая термометр непригодным для использования до тех пор, пока он не будет возвращен на завод для ремонта. Чтобы избежать этого, некоторые метеорологические службы требуют, чтобы все стеклянные ртутные термометры переносились в помещение, когда температура падает до -37 ° C (-35 ° F).
Для измерения более низких метеорологических температур можно использовать термометр, содержащий ртутно- таллиевый сплав , который не затвердевает до тех пор, пока температура не упадет до -61,1 °C (-78,0 °F).
Поэтапный отказ
[ редактировать ] | Этот раздел необходимо обновить . Причина: информация старше 10 лет. ( май 2024 г. ) |
По состоянию на 2012 год [update] применяется множество стеклянных ртутных термометров в метеорологии ; однако они становятся все более редкими для других целей, поскольку многие страны запретили их использование в медицинских целях из-за токсичности ртути . Некоторые производители используют галинстан , жидкий сплав галлия , индия и олова , в качестве замены ртути.
Типичный «термометр лихорадки» содержит от 0,5 до 3 г (0,28–1,69 драхмы ) элементарной ртути. [7] [8] Проглатывание такого количества ртути не представляет особой опасности, но вдыхание паров может привести к проблемам со здоровьем. [9]
Список стран, в которых действуют правила или рекомендации по ртутным термометрам
[ редактировать ]
Аргентина
[ редактировать ]В феврале 2009 года Министерство здравоохранения Аргентины в резолюции 139/09 постановило, что все медицинские центры и больницы должны закупить безртутные термометры и измерители артериального давления , и призвало стоматологов , медицинских техников и специалистов по гигиене окружающей среды начать устранение этого токсина. [11] По состоянию на 2020 год [update]Ртутные термометры все еще продавались в аптеках .
Австрия
[ редактировать ]В соответствии с Федеральным планом управления отходами 2006 года была проведена добровольная акция по возврату термометров, содержащих ртуть, которая осуществлялась в тесном сотрудничестве между Австрийской фармацевтической палатой (Österreichische Apothekerkammer), Федеральным министерством окружающей среды , частным предприятием по утилизации отходов, производитель электронных термометров и фармацевтический дистрибьютор. Компания по утилизации снабдила каждую аптеку (около 1200) контейнером для сбора мусора и покрыла расходы на утилизацию. Фармацевтический дистрибьютор взял на себя логистические затраты на распространение термометров. Аптеки приняли возмещение всего в размере 0,50 евро за один термометр (что намного ниже их обычной суммы). Поставщик предоставил термометры по сниженной цене. Федеральное министерство поддерживало каждый проданный термометр (покрывая около 30% прямых затрат) и рекламировало проект. В период сбора потребители могли принести ртутный термометр и купить электронный термометр по субсидированной цене в 1 евро. В период с октября 2007 года по январь 2008 года было продано около 465 000 электронных термометров и собрано около миллиона ртутных термометров (вместе содержащих около 1 тонны ртути). [12]
Филиппины
[ редактировать ]Филиппин Административным приказом Министерства здравоохранения 2008-0221 все ртутное оборудование в больницах, включая стеклянные ртутные термометры, должно было быть выведено из обращения на Филиппинах к 28 сентября 2010 года. больницы уже запретили использование ртути в своих учреждениях. Среди этих пятидесяти больниц Филиппинский кардиологический центр был первым, кто сделал это. Больница Сан-Хуан-де-Диос , Филиппинский детский медицинский центр , больница Сан-Лазаро , больница Мунтинлупа , пульмонологический центр Филиппин , Национальный институт почек и трансплантации , адвентистский медицинский центр Манилы и больница Лас-Пиньяс также предприняли шаги по запрету токсичного химического вещества. Страна была первой, кто сделал шаг к запрету использования ртути в своей системе здравоохранения в Юго-Восточной Азии , и вместо этого они использовали безртутные цифровые термометры. [13] [14]
Великобритания
[ редактировать ]С момента вступления в силу директивы Европейского Союза 2007/51/EC 3 апреля 2009 года Агентство по охране здоровья Великобритании (HPA) сообщило, что ртутные термометры больше не могут продаваться населению. Магазинам, имеющим запасы непроданных термометров, пришлось изъять их из продажи; ртутные термометры, приобретенные до этой даты, можно было использовать без юридических последствий. Целью этих ограничений является защита окружающей среды и здоровья населения за счет уменьшения количества выбрасываемых ртутных отходов. [15] В 2007 году HPA выпустило руководство по борьбе с небольшими разливами ртути. [16]
Несмотря на постепенный отказ от ртутных термометров в Соединенном Королевстве, британские СМИ продолжают называть измерения температуры , особенно для прогнозов погоды , «ртутью». [17]
Соединенные Штаты
[ редактировать ]В США как Американская академия педиатрии [18] и Агентство по охране окружающей среды США [19] рекомендуют использовать дома альтернативные термометры. [18]
См. также
[ редактировать ]- Ртутный зонд — электрическое зондирующее устройство для отбора проб для определения электрических характеристик.
- Ртутный переключатель , электрическая цепь, двухпозиционный выключатель с использованием элемента ртути.
- Ртутный поворотный коммутатор , электрическая схема, токореверсивный переключатель с использованием элемента ртути.
- Турбина на парах ртути — роторный двигатель для производства электроэнергии из паров ртути.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Мудро, Жаклин. «Служба калибровки жидкостно-стеклянного термометра» (PDF) . Публикации технической серии NIST . Национальный институт стандартов и технологий. Архивировано (PDF) из оригинала 1 ноября 2023 года . Проверено 1 декабря 2023 г.
- ^ Литтлфилд, Бен (27 апреля 2022 г.). «Почему для термометров выбрана ртуть?» . УКЛ . Университетский колледж Лондона . Проверено 1 декабря 2023 г.
- ^ Перейти обратно: а б с Миддлтон, ВЕК (1966). История термометра и его применение в метеорологии . Джонс Хопкинс Пресс. ISBN 9780801871535 .
- ^ Григулл, Ульрих (1966). Фаренгейт, пионер точной термометрии . (Материалы 8-й Международной конференции по теплопередаче, Сан-Франциско, 1966, том 1, стр. 9–18.)
- ^ «Андерс Цельсий 1701–1744» . Астрономическая обсерватория: История . Уппсальский университет. Архивировано из оригинала 24 июня 2008 г. Проверено 30 мая 2006 г.
- ^ Смит, Жаклин (2009). «Приложение I: Хронология» . Факты о файловом словаре погоды и климата . Издательство информационной базы. п. 246. ИСБН 978-1-4381-0951-0 .
1743 г. Жан-Пьер Кристин инвертирует фиксированные точки шкалы Цельсия, чтобы получить шкалу, используемую сегодня.
- ^ «Термометры и термостаты: термометры для лихорадки» . Ртуть и окружающая среда: продукты, содержащие ртуть . Окружающая среда Канады. 03.06.2010. Архивировано из оригинала 28 сентября 2012 г. Проверено 28 июля 2012 г.
- ^ «Меркурий: Термометры» . Агентство по охране окружающей среды США. 8 июля 2013 года. Архивировано из оригинала 29 мая 2012 года . Проверено 5 мая 2012 г.
* оральные/ректальные/детские термометры, содержащие около 0,61 грамма ртути; и
* термометры базальной температуры, содержащие около 2,25 граммов ртути. - ^ «Ртуть и здоровье человека» . Здоровый образ жизни: ваше здоровье: окружающая среда . Здоровье Канады. 2 марта 2009 г. Архивировано из оригинала 19 декабря 2006 г.
- ^ «Национальные положения, сообщенные государствами-членами, касающиеся: Директивы 2007/51/EC Европейского парламента и Совета от 25 сентября 2007 г., вносящей поправки в Директиву Совета 76/769/EEC, касающуюся ограничений на продажу некоторых измерительных приборов, содержащих ртуть» . ЭУР-Лекс. 72007L0051. Архивировано из оригинала 13 октября 2011 года . Проверено 18 февраля 2009 г.
- ^ Clarín, редакция (14 апреля 2011 г.). «Аргентина начинает прощаться с ртутными термометрами» . Кларин .
- ^ UNEP(DTIE)/Mercury/WG/1/INF/3 Проект технических руководящих указаний по экологически обоснованному обращению с ртутными отходами, 2010 г. Архивировано 14 апреля 2010 г. в Wayback Machine.
- ^ «Поэтапный отказ от использования ртути в здравоохранении. Прекращение использования ртути в здравоохранении: проблемы и решения. Уход: проблемы и решения» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 10 июля 2024 года . Проверено 10 июля 2024 г.
- ^ Салазар Т (13 сентября 2008 г.). «Больницы РП постепенно отказываются от устройств, содержащих ртуть» . Филиппинский Daily Inquirer . Архивировано из оригинала 24 октября 2008 г.
- ^ «Отчет Агентства по охране здоровья Великобритании о химических опасностях и ядах, Отдел химических опасностей и ядов, январь 2010 г., выпуск 16, стр. 6: Предотвращает ли веб-сайт Агентства по охране здоровья вред от поломки ртутных термометров?» . Архивировано из оригинала 3 декабря 2013 года.
- ^ «Ртуть: воздействие на здоровье, управление инцидентами и токсикология» . GOV.UK. 8 июня 2022 г. Архивировано из оригинала 3 декабря 2013 г.
- ^ «Метеорологическое бюро предупреждает, что жизни людей могут оказаться под угрозой из-за вероятной рекордной температуры за всю историю» . 15 июля 2022 года. Архивировано из оригинала 18 июля 2022 года . Проверено 18 июля 2022 г.
- ^ Перейти обратно: а б Голдман Л.Р.; Шеннон М.В.; Комитет по гигиене окружающей среды (июль 2001 г.). «Технический отчет: ртуть в окружающей среде: последствия для педиатров» . Педиатрия . 108 (1): 197–205. дои : 10.1542/педс.108.1.197 . ПМИД 11433078 . Архивировано из оригинала 1 сентября 2012 г. Проверено 28 июля 2012 г.
- ^ «Вещи нагреваются из-за ртути в термометрах» . Охрана здоровья детей . Агентство по охране окружающей среды США. 30 августа 2013 года. Архивировано из оригинала 11 октября 2006 года . Проверено 8 декабря 2006 г.