Термоскоп
4/10Один из простейших термоскопов (эти приборы использовались до изобретения термометра) состоял из открытой стеклянной трубки, заполненной водой почти полностью (см. рисунок). В воде находились несколько крошечных грушевидных сосудов с оттянутыми вниз открытыми горлышками. Внутри сосудов находился воздух в таком количестве, чтобы при определённой температуре (около \(15\,^\circ\text{C}\)) сосуды плавали внутри трубки. При более высокой температуре сосуды всплывают на поверхность воды, когда же температура ниже \(15\,^\circ\text{C}\), они опускаются на дно. Если же стеклянная трубка термоскопа заполнена водой полностью и запаяна сверху, то прибор начинает работать наоборот: при нагревании сосуды опускаются, а при охлаждении — всплывают. Объясните, какие физические явления лежат в основе конструкции двух типов описанного выше прибора.

▶Показать разборСкрыть разбор
ОтветОткрытая трубка: при нагревании воздух в сосудах расширяется, вытесняет воду, сила Архимеда растёт, сосуды всплывают. Запаянная трубка: вода расширяется сильнее стекла и сжимает воздух, сосуды тонут.
РешениеПри нагревании и воздух и вода расширяются. Если трубка не запаяна, то этому расширению ничто не препятствует. Пузырёк воздуха в маленьком сосуде при расширении вытесняет часть воды, архимедова сила увеличивается, и сосуды всплывают. При охлаждении всё происходит наоборот.
Если же трубка запаяна, то общий объём воды и воздуха остаётся практически неизменным, поскольку тепловое расширение стекла намного меньше, чем у воды. Сжимаемость воды существенно меньше сжимаемости воздуха, следовательно, в данном случае при нагревании вода будет расширяться, а пузырьки воздуха — сжиматься. Поэтому при нагревании запаянного термоскопа сосуды с воздухом в нём тонут, а при охлаждении — всплывают.
Похожие задачи
- Глиняный раствор в печной кладке МОШ 1960/1986, 8-11 кл.
- Расширение стального куба Курчатов 2015/16, 7 кл.
- Составная проволока при нагреве МОШ 2015/16, 8 кл.
- Площадь капилляра термометра «Шаг в будущее» 2017/18, 8 кл.
- Тепловое расширение цилиндра IEPhO 2021/22, 8 кл.
- Ртутный термометр Физтех 2023/24, 9 кл.