Задание 1. Термоскоп Галилея.

Первый термоскоп сконструировал итальянский физик Галилео Галилей примерно в 1592—1600 годах.

Термоскоп (греч. Θέρμη [термо] «тепло» +σκοπέω [скопео] «смотрю») — устройство, которое показывает изменения температуры, родоначальник современных термометров. Типичная конструкция термоскопа представляет собой трубку, в которой жидкость поднимается и опускается при изменении температуры.

Молодой, но талантливый белорусский физик Федор, прочитав это сообщение, решил превзойти знаменитого итальянского ученого: не только самостоятельно сконструировать и изготовить подобный прибор, но и снабдить его точно рассчитанной температурной шкалой. Тем, более, что Федор только что изучил газовый законы, еще не известные во времена Г.Галилея.

Часть 1. Конструирование и градуировка в идеальном случае.

Федор нашел стеклянную трубку, измерил ее размеры: Длина трубки см; внутренний диаметр см. Федор закрепил трубку вертикально, нижний конец трубки опустил в широкий сосуд с водой. Погруженной в воду частью трубки можно пренебречь, также можно считать, что уровень воды в нижнем сосуде постоянен. К верхней части трубки прикрепил сосуд, объем которого Федор тщательно рассчитал. Рядом с трубкой располагается шкала, по которой можно измерять высоту , на которую поднимается вода в трубке. Для расчетов используйте следующие параметры: Плотность воды и не зависит от температуры; Атмосферное давление постоянно и равно Па; Ускорение свободного падения ; Абсолютный нуль температуры . Федор решил, что с помощью данного прибора необходимо измерять температуру в диапазоне от до (по его мнению, именно в таком диапазоне изменяется температура в квартирах). Федор рассудил, что давлением насыщенных паров воды внутри термоскопа можно пренебречь так, как в выбранном диапазоне температур оно значительно (более, чем в 10 раз) меньше атмосферного давления. Настройку термоскопа Федор проводил следующим образом. Трубку с сосудом вверху вертикально опускают в воду в нижнем сосуде, так, она незначительно погружается в воду. Погруженной в воду частью трубки можно пренебречь, также можно считать, что уровень воды в нижнем сосуде постоянен. После этого воду нагревают до температуры , воздух в трубке также нагревается до этой же температуры. Воздух частично выходит из трубки, тем самым оказывается, что при этой температуре высота уровня воды в трубке равна

. При остывании уровень воды в трубке повышается, тем самым данный прибор можно использовать в качестве комнатного термометра.