測溫裝置的設計

㈡ 伽利略溫度計的原理

伽利略溫度計，指的是義大利科學家伽利略基於物質熱脹冷縮原理研製的用於測量溫度的工具，其經過數次改進成為現在常用的測溫裝置。另有基於物體密度隨溫度變化的原理而設計的如題圖所示的彩色玻璃球溫度計，亦稱伽利略溫度計。現主要用於室內環境裝飾或作為禮品、收藏之用。

第一支空氣溫度計雖能測定溫度，但人們發現它的測定結果並不精確，因為氣體溫度計下端是與大氣相通的，玻璃管中的水位高度不僅受到空心球中空氣溫度的影響，而且還受到大氣壓強的影響。也就是說，即使溫度不變，玻璃管內的水的高度也會有所差異。
此時，伽利略手頭的其他研究工作十分繁忙，他沒有精力對空氣溫度計進行改進。他的學生斐迪南在老師的指導下，決定用液體代替空氣溫度計中的空氣。
1654年，斐迪南經過對各種液體的試驗之後，研製出了世界上第一支酒精溫度計。它是往玻璃球里注適量酒精，再加熱玻璃球，用酒精蒸氣趕跑玻璃管中的空氣，然後迅速把玻璃管口封死。這樣，它就可以避免大氣壓強的影響。

可是，經過一段時間的使用，人們發現，酒精溫度計也存在不足之處，即當用它測開水的溫度時，溫度計內一片模糊。原來，水的沸點是100℃，酒精的沸點是78℃，因此將酒精溫度計置於開水之中時，酒精早已變成氣體了。顯然，只有用高沸點的液體代替酒精，才能解決這一問題。1659年，法國天文學家布里奧，利用水銀沸點較高的特性，首度製成水銀溫度計。這種溫度計可測得357℃的高溫，也可測得-39℃的低溫。
後來荷蘭人華倫海特在1709年利用酒精，在1714年又利用水銀作為測量物質，製造了更精確的溫度計。他觀察了水的沸騰溫度、水和冰混合時的溫度、鹽水和冰混合時的溫度；經過反復實驗與核准，最後把一定濃度的鹽水凝固時的溫度定為0℉，把純水凝固時的溫度定為32℉，把標准大氣壓下水沸騰的溫度定為212℉，用℉代表華氏溫度，這就是華氏溫度計。

㈢ （2014臨沂二模）如圖為伽利略設計的一種測溫裝置示意圖，足夠長玻璃管的上端與導熱良好的玻璃泡連通，

初始時玻璃泡中空氣，
壓強 P₁=P₀-ρgh₁=1.0×10⁵-1.0×10³×10×0.5=0.95×10⁵（Pa）
溫度 T₁=273+27=300K
外界氣溫變化為T₂時玻璃泡中空氣，
壓強 P₂=P₀-ρgh₂=1.0×10⁵-1.0×10³×10×0.4=0.96×10⁵（Pa）
由查理定理知：