Dix millièmes de degré d'une bouteille. Dessin, description

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Dix millièmes de degré d'une bouteille. Laboratoire scientifique pour enfants

Laboratoire scientifique pour enfants

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L'équipement scientifique moderne est extrêmement sensible et fonctionne avec une précision incroyable. Les masses de particules élémentaires séparées, les tailles d'atomes et de molécules sont mesurées. Les thermomètres sont capables de capter des écarts de température du millième de degré, et les interféromètres sont capables de détecter des déplacements de l'ordre du diamètre d'un atome. Tous ces instruments de haute précision sont extrêmement complexes et reposent sur les dernières innovations techniques.

Mais vous pouvez construire un thermomètre extrêmement sensible à partir des éléments les plus simples : une bouteille en verre, un stylo à bille vide, une règle et un morceau de pâte à modeler.

(cliquez pour agrandir)

Coupez le nœud d'écriture de la tige, faites couler une goutte d'encre dans le tube et insérez-le dans le goulot de la bouteille, en le collant fermement avec de la pâte à modeler. Couchez le flacon sur le côté pour éliminer l'effet de gravité sur le flacon. Placez une règle avec des divisions millimétriques à côté. L'appareil est prêt.

Pendant un certain temps, la bulle d'encre se déplacera vers la droite ou vers la gauche en raison du changement de température du récipient, entrant en équilibre thermique avec l'air. Attendons que ça s'arrête, et notons à quelle division ça s'est terminé. Touchons maintenant la paroi de la bouteille avec notre doigt. L'air qu'il contient se réchauffera, se dilatera et la bulle dans le tube se déplacera de quelques millimètres. Évaluons la précision de notre appareil.

La dépendance de la variation du volume de gaz à la température est déterminée par la formule que le physicien et chimiste français Joseph Louis Gay-Lussac a dérivée en 1802 :

V_t=V(1 + B_tdt),

où V est le volume initial de gaz ; V_t - le volume qu'il a commencé à occuper lorsque les températures ont changé de dt ; B_t\u1d 273/XNUMX deg^-1 - coefficient de dilatation volumique du gaz. Il montre que le volume d'une certaine masse de gaz lorsqu'il est chauffé augmente de 1/273 de ce volume V₀, que cette masse occupait à 0°C. Mais, puisque nous menons une expérience purement qualitative, réduire le volume de gaz V à la valeur V₀ n'a pas de sens.

Dix millièmes de degré d'une bouteille
Le graphique de l'équation de Gay-Lussac est une droite en coordonnées : température T - volume V. Lorsque la température diminue, le volume de gaz diminue et devient égal à zéro à une température de -273,15°C. En réalité, c'est impossible - les molécules de gaz ont un volume qui, bien sûr, ne peut aller nulle part.

De la formule de Gay-Lussac, il résulte que

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

Flacon verre volume V₀ = 750cm³ = 7,5 * 10³ mm³, diamètre intérieur du tube D = 1,5 mm, rayon r = 0,7 mm, surface du trou s ~ 1 mm². Nous supposerons que la position de la bulle peut être déterminée avec une précision de 1 mm et, par conséquent, une modification du volume d'air dans le récipient de 1 mm peut être détectée.³. En substituant ces valeurs dans la formule ci-dessus, nous obtenons dt = 1*273/7,5*10³ = 3,64 * 10^-4 degrés.

C'est une très grande précision. Mais utiliser un tel appareil dans la pratique est malheureusement problématique. Il réagira avec non moins de sensibilité aux changements de pression atmosphérique, au refroidissement par les courants d'air et à d'autres influences extérieures.

Auteur : S.Trankovsky

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