Dez milésimos de grau de uma garrafa. Desenho, descrição

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Os equipamentos científicos modernos têm enorme sensibilidade e funcionam com uma precisão colossal. As massas de partículas elementares individuais e os tamanhos de átomos e moléculas foram medidos. Os termômetros são capazes de detectar diferenças de temperatura de milésimos de grau, e os interferômetros são capazes de detectar deslocamentos da ordem do diâmetro de um átomo. Todos esses instrumentos altamente precisos são extremamente complexos e criados com as mais recentes inovações técnicas.

Mas você pode construir um termômetro extremamente sensível a partir dos objetos mais simples: uma garrafa de vidro, uma caneta esferográfica vazia, uma régua e um pedaço de plasticina.

(clique para ampliar)

Corte o bloco de escrita da haste, coloque uma gota de tinta no tubo e insira-o no gargalo do frasco, fechando-o bem com plasticina. Coloque a garrafa de lado para evitar que a gravidade atue sobre ela. Coloque uma régua com divisões milimétricas ao lado. O dispositivo está pronto.

Por algum tempo, a bolha de tinta se moverá para a direita ou para a esquerda devido ao fato da temperatura do recipiente mudar, entrando em equilíbrio térmico com o ar. Vamos esperar que pare e observe em que divisão ele vai parar. Vamos agora tocar a parede da garrafa com o dedo. O ar nele aquecerá, expandirá e a bolha no tubo se moverá alguns milímetros. Vamos avaliar a precisão do nosso dispositivo.

A dependência da mudança no volume do gás com a temperatura é determinada pela fórmula derivada pelo físico e químico francês Joseph Louis Gay-Lussac em 1802:

V_t= V (1 + B_tdt),

onde V é o volume inicial de gás; V_t - o volume que passou a ocupar quando a temperatura mudou em dt; B_t\u1d 273/XNUMX graus^-1 - coeficiente de expansão volumétrica do gás. Mostra que o volume de uma certa massa de gás quando aquecido aumenta em 1/273 desse volume V₀, que esta massa ocupava a 0°C. Mas, como estamos conduzindo um experimento puramente qualitativo, reduzimos o volume do gás V ao valor V₀ não faz sentido.

Dez milésimos de grau de uma garrafa
O gráfico da equação de Gay-Lussac é uma linha reta em coordenadas: temperatura T - volume V. À medida que a temperatura diminui, o volume do gás diminui e torna-se igual a zero a uma temperatura de -273,15°C. Na realidade, isso é impossível - as moléculas de gás têm um volume que, obviamente, não pode escapar para lugar nenhum.

Da fórmula de Gay-Lussac segue que

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

Volume da garrafa de vidro V₀ = 750 cm³ = 7,5 * 10³ milímetro³, diâmetro do tubo interno D = 1,5 mm, raio r = 0,7 mm, área do furo s ~ 1 mm². Assumiremos que a posição da bolha pode ser determinada com uma precisão de 1 mm e, portanto, uma mudança no volume de ar no recipiente em 1 mm pode ser detectada³. Substituindo esses valores na fórmula acima, obtemos dt = 1*273/7,5*10³ = 3,64 * 10^-4 graus.

Esta é uma precisão muito alta. Mas usar tal dispositivo na prática, infelizmente, é problemático. Ele responderá com não menos sensibilidade às mudanças na pressão atmosférica, ao resfriamento por correntes de ar e outras influências estranhas.

Autor: S. Trankovsky

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