Класс!ная физика для любознательных Библиотека по физике Класс!ная физика всегда рядом Прекрасный мир искусства Музей открытки 20 века Малая Яблоновка на реке Оккервиль Коты-рисунок, графика, живопись

добавить на Яндекс

"Что кажется нам чудом, на самом деле таковым не является!" - Симон Стевин
Но, что будет, если кота Шрёдингера засунуть в бутылку Клейна и обмотать всё лентой Мёбиуса?
Техно-шокер
Простые опыты Давай, наука! Простые лекции
Путешествие с "Класс!ной физикой" - Музей BMW в Мюнхене - читать полностью
Астрономия детям Предлагается эксперимент Физика детям

 Класс!ная физика   -  YouTube

«Класс!ная физика» - это class-fizika.spb.ru, class-fizika.narod.ru, class-fizika.ru
«Класс!ная физика» - это и библиотека по физике class-fizika.ru/bib.html

Термометр любви или трубка Франклина. Научные игрушки

E-mail

Наука и игрушки





Вы влюблены? Ваше чувство безмерно? Тогда мы идем к Вам!
Этот сувенир-игрушку называют, шутя, термометром любви или барометром любви. Считается, что только пыл влюбленного сердца может поднять воду в сосуде, и чем сильнее любовь, тем выше поднимается вода.




Существует много дизайнерских вариантов подобного термометра со всевозможными запутанными извилистыми трубками, заполненными жидкостями разных цветов.

Но прежде, чем стать сувениром, аналогичное по действию устройство честно служило в качестве демонстрационного прибора при изучении термодинамики. Этот прибор физики называют трубкой Франклина.




Устройство представляло собой два полых стеклянных шара, соединенных между собой тонкой стеклянной трубочкой. Сосуд частично заполняли слегка подкрашенной жидкостью с низкой температурой кипения, чаще это был эфир, откачивали воздух и герметично закрывали.
Стоило слегка нагреть один из шаров даже рукой, как энергично образующиеся пары эфира начинали сильнее давить на оставшийся жидкий эфир. Чем быстрее происходило нагревание одного из шаров, тем быстрее устремлялся жидкий эфир под давлением паров в другой более холодный шар.





Такие приборы стали называть измерителями темперамента. Чем теплее рука, тем быстрее перетекает эфир в холодный шар, тем раньше нагреваемый шар наполняется парами эфира, которые в наполненном жидкостью шаре даже начинают пузыриться и прокладывать себе дорогу через жидкость. Кажется, что эфир закипел!

Когда-то это приводило исследователей-наблюдателей в замешательство, т.к. момент кипения жидкости в этом приборе не соответствовал присущей ей в обычных условиях температуре кипения.
Только спустя какое-то время ученым стало ясно, что точка кипения вещества, т.е. точка при которой оно кипит и, соответственно, испаряется, зависит не только от температуры, но и от давления. Именно поэтому жидкость в этом устройстве имеет особенно низкую температуру кипения.

Интересный эксперимент можно поставить с трубкой Франклина:
Если поместить один шар трубки Франклина, перевернув прибор вверх ногами, в банку с ледяной водой, то в холодном шаре будет накапливаться обесцвеченная жидкость. Если же в холодную воду добавить еще и столовую ложку соли, то соленый раствор станет еще холоднее, и опыт пройдет эффектнее. Мы получим очищенную бесцветную жидкость!
В холодном шаре давление упадет, сюда устремятся пары, которые будут затем здесь конденсироваться, и мы получим чистую неокрашенную жидкость.

Но вернемся к термометру любви!

И здесь запаянный сосуд из двух шаров и трубки!
Только тонкая трубочка опускается из верхнего шара почти до дна нижнего шара. Так же нет воздуха внутри сосуда, так же сосуд частично заполнен подкрашенной жидкостью, а над жидкостью все пространство заполнено парами этой жидкости.
Конец трубочки должен быть опущен в жидкость.




Уровень жидкости сильно зависит от давления паров в сосуде. Изначально жидкость находится в тепловом равновесии со своими парами.
Если обхватить рукой нижний сосуд, то подкрашенная жидкость в трубочке начинает подниматься и переливается в верхний сосуд. Чем теплее рука, тем быстрее поднимается жидкость.

В чем дело?

Если обхватить нижний шар ладонью, жидкость начинает нагреваться и частично испаряться, в результате повышается давление паров над жидкостью.
Пары начинают вытеснять жидкость по трубочке вверх. Так как жидкость в верхней холодной части (верхнем шаре) тоже находиться в равновесии со своими парами, то пары в верхней части начинают конденсироваться.




Жидкость будет подниматься по трубочке вверх до тех пор, пока не наступит равновесие давлений


Pd = Pg + P(=rgh)


В этом случае давление паров в нижней части будет уравновешено суммой давлений: давлением паров в верхней части плюс давлением столба жидкости в трубочке

Жидкость будет подниматься по трубочке и просто при охлаждении верхнего шара. При этом пары в верхнем шаре начинают конденсироваться. Давление паров в нижнем шаре становится больше, чем в верхнем, и жидкость поднимается.

А вот, если сделать каким-либо способом температуру верхней части игрушки выше, чем нижней, то вода опустится снова вниз.

Какую же жидкость лучше использовать в «термометре любви»?
Подходят жидкости, у которых температура кипения не на много больше, чем температура окружающей среды. Они создают при маленьком перепаде температур внутри сосуда большую разницу в давлениях.
Однако какие-то жидкости взрывоопасны, какие-то вредны для здоровья, какие-то плохо испаряются.
А на сегодняшний день самой подходящей жидкостью является метанол.




Эксперименты с «термометром любви»:
Если сосуд поместить на какое-то время в холодильник, а затем взять нижний шарик в теплую ладонь, то можно увидеть, как жидкость забьет по трубочке фонтаном вверх.

Если вы равномерно прогреете игрушку на солнце до температуры рук, а затем возьмете ее в ладонь, то, увы, ничего не произойдет.

Если в верхнем и нижнем шаре одинаковая температура, то жидкость под действием силы тяжести просто стекает вниз…

По своему принципу действия эта игрушка "термометр любви" очень близка к «пьющей птичке».