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温度计的测温物质为什么不用水?

发布者:武昌区科协   发表时间: 2017-05-05


1.熔点和沸点

在标准状态下水的熔点(凝固点)是 0℃,水的沸点是 100℃, 而水银的熔点(凝固点)是 -38.5℃,沸点是 357℃;酒精的熔点(凝固点)是 -114℃,沸点是 78℃;好的煤油熔点(凝固点)是 -30℃,沸点是 325℃。
如果用装水的温度计测量气温,冬天在 0℃ 以下,水凝固成了冰,无法测量;当温度达到 100℃ 水就会沸腾,虽然由于管内随着水蒸气压强的增大会提高水的沸点,但其中水的体积膨胀与蒸汽压强增大的比例关系很复杂,不是正比关系,所以不能用其测量 100℃ 以上的温度。

水银就不同了,用它可以测量 -38.5℃~357℃ 之间的温度;酒精虽然沸点不高,但是它的熔点(凝固点)是 -114℃,即在零下 114℃ 以上都不会冻结;用煤油可测量 -30℃~325℃ 之间的温度。

2.热膨胀系数

水的热膨胀系数为 2.1×10-3/℃,水银、酒精、煤油的热膨胀系数分别为 1.8×10-4/℃、1.1×10-3/℃、1.0×10-3/℃。

同样体积的液体都升高 1℃,酒精和煤油膨胀的体积约是水的 5 倍,那么在利用体积变化的刻度方面,水的刻度距离小,酒精和煤油的刻度距离大,相同的温度间隔距离大,不仅为测量和读数带来方便,且能够测量较小温度变化值。

3.比热容

水的比热容为 4.2×103J/(kg•℃),水银、酒精、煤油的比热容分别为 0.14×103J/(kg•℃)、2.4×103J/(kg•℃)、2.1×103J/(kg•℃):水的比热容是水银的 30 倍,如果质量相同的水和水银,吸收相等的热量,水银升高的温度是水的 30 倍;可见用装水的温度计对于被测物体的温度影响大,达到热平衡的时间长;而水银温度计对于被测物体的温度影响小,达到热平衡的时间短。

特别是测量比较小的物体,如果温度计对它有影响,其温度的测量值就不准确了。

4.水的反常膨胀现象

水在 4℃ 以上,与一般的物质相同是热胀冷缩的,而在 0℃ 和 4℃ 之间却是冷胀热缩,且这段冷胀热缩的系数与热胀冷缩的不同。这是水的一种特殊性质,如果温度计里装的是水,不仅无法标度 0℃ 到 4℃ 之间的刻度,在用这样的温度计测量 4℃ 左右的温度时,无法确定其读数。

从以上的分析我们可以看出,温度计里不能装水的原因是多方面的,主要是根据液体的物理性质而选定再则不同液体的温度计的测量范围和用途又各不相同,如酒精温度计就不能用于测量高温,体温计就是用的水银温度计,等等。


资料来源:环球物理