Decimillesimi di grado da una bottiglia. Disegno, descrizione

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Decimillesimi di grado da una bottiglia. Laboratorio di scienze per bambini

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Le moderne attrezzature scientifiche hanno un'enorme sensibilità e funzionano con una precisione colossale. Vengono misurate le masse delle particelle elementari separate, le dimensioni degli atomi e delle molecole. I termometri sono in grado di rilevare differenze di temperatura dell'ordine dei millesimi di grado e gli interferometri sono in grado di rilevare spostamenti dell'ordine del diametro di un atomo. Tutti questi strumenti altamente precisi sono estremamente complessi e creati utilizzando le ultime innovazioni tecniche.

Ma puoi costruire un termometro estremamente sensibile con gli oggetti più semplici: una bottiglia di vetro, una penna a sfera vuota, un righello e un pezzo di plastilina.

(clicca per ingrandire)

Tagliare l'unità di scrittura dall'asta, mettere una goccia di inchiostro nel tubo e inserirla nel collo della bottiglia, sigillandola ermeticamente con la plastilina. Appoggiare la bottiglia su un lato per eliminare l'effetto della gravità sulla fiala. Posiziona accanto un righello con divisioni millimetriche. Il dispositivo è pronto.

Per qualche tempo, la bolla d'inchiostro si sposterà verso destra o sinistra a causa del cambiamento della temperatura del contenitore, entrando in equilibrio termico con l'aria. Aspettiamo che si fermi e notiamo in quale divisione finisce. Tocchiamo ora con il dito la parete della bottiglia. L'aria al suo interno si riscalderà, si espanderà e la bolla nel tubo si sposterà di alcuni millimetri. Valutiamo la precisione del nostro dispositivo.

La dipendenza della variazione del volume del gas dalla temperatura è determinata dalla formula derivata dal fisico e chimico francese Joseph Louis Gay-Lussac nel 1802:

V_t=V(1+B_tdt),

dove V è il volume iniziale di gas; V_t - il volume che ha cominciato ad occupare al variare delle temperature del dt; B_t\u1d 273/XNUMX gradi^-1 - coefficiente di dilatazione volumetrica del gas. Mostra che il volume di una certa massa di gas quando riscaldata aumenta di 1/273 di quel volume V₀, che questa massa occupava a 0°C. Ma poiché stiamo conducendo un esperimento puramente qualitativo, riduciamo il volume del gas V al valore V₀ non ha senso.

Dieci millesimi di grado da una bottiglia
Il grafico dell'equazione di Gay-Lussac è una linea retta in coordinate: temperatura T - volume V. Al diminuire della temperatura, il volume del gas diminuisce e diventa pari a zero alla temperatura di -273,15 °C. In realtà, questo è impossibile: le molecole di gas hanno un volume che, ovviamente, non può fuoriuscire da nessuna parte.

Dalla formula Gay-Lussac ne consegue che

dt = (v_t -V)/VB_t = dV/VB_t.

Volume bottiglia di vetro V₀ = 750 cm³ = 7,5 * 10³ millimetri³, diametro interno del tubo D = 1,5 mm, raggio r = 0,7 mm, area del foro s ~ 1 mm². Assumeremo che la posizione della bolla possa essere determinata con una precisione di 1 mm e, quindi, si possa rilevare una variazione del volume d'aria nel contenitore di 1 mm³. Sostituendo questi valori nella formula sopra, otteniamo dt = 1*273/7,5*10³ = 3,64 * 10^-4 gradi.

Questa è una precisione molto elevata. Ma sfortunatamente, utilizzare un dispositivo del genere nella pratica è problematico. Risponderà con non meno sensibilità ai cambiamenti della pressione atmosferica, al raffreddamento dovuto a correnti d'aria e ad altre influenze estranee.

Autore: S.Trankovsky

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