FoodPro Preloader

Mål opp med et hjemmelaget termometer


Er du hjemme oppvarming denne sesongen? Kjøler ned? Du kan spore temperaturforskjeller innvendig og utvendig med et termometer du bygger deg selv! Nøkkelkonsepter Temperatur Mål Termisk ekspansjon Introduksjon Er du noen ganger ivrig etter å forstå hvordan tingene fungerer? Eller glade for å lage nyttige gjenstander og instrumenter selv? Har

Er du hjemme oppvarming denne sesongen? Kjøler ned? Du kan spore temperaturforskjeller innvendig og utvendig med et termometer du bygger deg selv!

Nøkkelkonsepter
Temperatur
Mål
Termisk ekspansjon

Introduksjon
Er du noen ganger ivrig etter å forstå hvordan tingene fungerer? Eller glade for å lage nyttige gjenstander og instrumenter selv? Har du noen gang forestilt deg at du kunne bygge ditt eget flytende termometer? Du kan bruke den til å spore hvordan temperaturer varierer med sted-innendørs eller utendørs. Hva vil vise seg å være det heteste stedet i ditt hjem? Hva med den kuleste? Ditt eget hjemmelaget termometer vil kunne fortelle deg!

Bakgrunn
Væskefylte termometre har blitt brukt i århundrer for å måle temperaturen. De består av et væskefylt reservoar på enden av et smalt rør. Hvis temperaturen på væsken i reservoaret øker, ekspanderer den og stiger inn i smalrøret. Når væsken avkjøles, kontraherer den, slik at væsken i røret faller til et lavere nivå. Derfor viser høye væskestrømmer i røret en høyere temperatur og lave nivåer indikerer en lavere temperatur. Ved kalibrering av termometeret er de spesifikke temperaturene som svarer til væskenivået i det smale røret merket på utsiden av røret. Nå forstår du hvordan et flytende termometer fungerer, men hvorfor virker det?

Forskere refererer til tendensen til materie å endre volumet som følge av en temperaturendring som "termisk ekspansjon og sammentrekning." Gasser utvider og kontrakten drastisk. Væsker utvider og kontrakt, men volumendringen er mer moderat. Selv faste stoffer endrer volum når de blir oppvarmet eller kjølt. For eksempel er broer litt lengre på en varm dag. Forandringen i volum av faste stoffer er for subtil, for å fungere i et daglig termometer. Nå som du forstår mer om flytende termometre, er det på tide å komme i gang med å lage en!

materialer

  • Klar plaststråle
  • Hersker
  • Fint tipping permanent markør
  • Smal, liten, plastflaske med lokk (Små flasker som for medisin, matfarging eller vaniljeekstrakt fungerer godt.)
  • Vann
  • Gni alkohol (Arbeid i et godt ventilert rom, og ikke la flasken rubbing alkohol avdekket.)
  • Noen få dråper eller rød, blå eller grønn matfarging (Liquid Food Coloring fungerer best.)
  • Tørkepapir
  • Modellerende leire
  • Medisinskap eller sprøyte
  • Liten bolle
  • Varmt vann
  • Isbiter
  • Oppbevart kjøpt termometer (valgfritt)

Forberedelse

  • Tøm og vask den lille plastflasken.
  • Det klare drikkestrået blir det smale røret på termometeret ditt. Bruk en permanent markør for å lage små merker på halmen, fra toppen ned, med halv-cm intervaller. Disse merkene vil fungere som nivåmerker på termometeret.
  • Modelleringslera vil forsegle flaskehalsen og holde halmen på plass. Mold leiren til den føles myk og elastisk; Deretter danner en ball og skyver den flatt. Denne runde flate leire burde være større enn halsen på flasken. Bruk halmen til å slå hull i midten av denne runde leire, bare stor nok til å la strået gå gjennom. Fjern eventuell leire tilstoppende halmen.

Fremgangsmåte

  • Legg til å gni alkohol i flasken, fyll den omtrent halvveis opp. (Gjenta flasken med å gni alkohol umiddelbart for å minimere eksponering for røyk og fordampning.)
  • Legg til et par dråper matfargestoffer til alkoholen, lukk flasken og rist den slik at væskene blandes godt. Hvorfor tror du det er viktig å fargelegge væsken?
  • Fyll en medisinskap eller sprøyte med den fargede gnidningsalkoholen. Legg forsiktig legemsdråperen eller sprøyten til side, helst på et papirhåndkle i tilfelle væske lekker ut. Hvis nivået av væsken i flasken din falt under en fjerdedel av veien opp, må du legge til litt mer gniddende alkohol i flasken, slik at nivået er en fjerdedel til halvveis opp flasken.
  • Poke halmen gjennom hullet i modelleringsleiren og legg leiret på flaskehalsen slik at halmen henger i flasken. Juster halmen slik at enden er nedsenket i væsken, men ikke berøre bunnen av flasken. Størstedelen av halmen vil stikke ut fra flasken. Hvorfor tror du at halmen ikke skal berøre bunnen av flasken?
  • Bruk modelleringsleiren til å forsegle flaskeåpningen og holde halmen på plass. Viktig: Pass på at leiret danner en tett forsegling rundt halmen og over flasken på flasken, men lukk ikke av halmåpningen. Luft skal ikke kunne komme inn i flasken. Kan du tenke på en grunn til at dette er så viktig?
  • Drep innholdet av medisinens dråpe eller sprøyte-drop-drop-inn i halmen. Hva skjer? Støter denne væsken opp halmen og blir der?
  • Fordi ingen luft kan strømme ut av flasken, holder lufttrykket inni væskenivået konstant og en væskekolonne kan bygge opp i halmen. Væske som går ned i halmen i reservoaret indikerer at tetningen ikke har gått oppe på flasken. Hvis dette skjer, må du sørge for at leiret danner en lufttett tetning ved flaskehalsen og rundt halmen og prøv igjen.
  • Væskenivået i kolonnen skal nå omtrent halvveis opp den synlige delen av halmen. Hvis det er nødvendig, bruk drippen eller sprøyten for å legge til mer alkohol (ufarvet er greit denne gangen) til halmen.
  • Vær oppmerksom på væskenivået i halmen. Dette nivået indikerer romtemperatur. Bruk den permanente markøren til å lage et lite symbol som angir dette væskenivået på halmen.
  • For å teste det hjemmelagde termometeret, hold hendene rundt bunnen av flasken og observer hva som skjer. Vær tålmodig, det kan ta litt tid før væsken i reservoaret justerer seg til sin nye situasjon. Skifter væskenivået i halmen? Skifter det mye eller bare litt? Hvorfor tror du dette skjer?
  • Hvor mye vil væskenivået endres ettersom du oppvarmer reservoaret betydelig? Tilsett litt middels varmt vann fra springen i en liten bolle og sett termometerreservoaret i vannet. Gi termometeret litt tid til arbeid. Hvordan endrer væskenivået i halmen? Endret det mer enn når du oppvarmede flasken med hendene? Pass på å være oppmerksom og ta termometeret ut av vannbadet hvis væsken stiger til et nivå nær toppen av halmen. Hva tror du kan føre til at væsken strømmer over halmen? Hva kan du endre i termometeret for å forhindre at dette skjer?
  • Hva forventer du vil skje når reservoaret kjøler ned til en temperatur under romtemperatur?
  • Erstatt middels varmt vann i bollen med kaldt vann. Legg isbiter til vannet slik at vannet avkjøles til 0 grader Celsius (32 grader Fahrenheit). Plasser termometerbeholderen i iskallt vann og la termometeret justere seg til sin nye situasjon. Hva skjer? Er det lik eller forskjellig fra det du forventet? Kan denne måling hjelpe deg å legge til en skala til termometeret ditt?
  • Ta termometeret på en tur til ditt hjem eller verft. Husk å gi deg tid til å reagere på hvert nytt miljø, med tanke på at det ikke er merkbare forskjeller hvis temperaturen er relativt lik på forskjellige steder. Tips: Se etter områder med direkte sollys for varmere avlesninger. Er et sted den varmeste? Hva med den kuleste?
  • Ekstra: Gjør en skala på termometeret ditt (også kalt "kalibrere" termometeret) ved hjelp av et kjøpt termometer. Kan du bruke det faktum at alkohol i dette temperaturområdet utvider med like mengder for hver oppnådd grad i temperatur for å gjøre kalibrering enklere?
  • Ekstra: Du opprettet dette termometeret med en bestemt stråbredde. Prøv å bygge et identisk termometer, nå med et smalere eller bredere halm. Hvordan forventer du at målingene skal være forskjellige? Vil dette nye termometeret være mer eller mindre nøyaktig i forhold til ditt første termometer?
  • Ekstra: Du brukte gni alkohol for dette termometeret. Prøv å lage et identisk termometer, som nå bruker vann som væske. I motsetning til vann som fryser ved 0 grader C og koke ved 100 grader C, fryser gnidningsalkoholen ved -89 grader C og kokes ved 82, 5 grader C. Hvilken væske ville du velge å lage et termometer for å måle temperaturen i fryseren din? Hva med i kjøkkenet å lage noe på stovetoppen?


Observasjoner og resultater
Fikk du væskestigningen som du oppvarmet reservoaret og faller mens du kjøler det?

Når temperaturen i væsken i reservoaret øker, ekspanderer den, og det eneste stedet væsken kan gå er opp i det smale røret. Hvis temperaturen på væsken minker, kontraherer den, slik at mer væske kan samles i reservoaret. Nivået i det smale røret faller deretter tilbake til et lavere nivå. Når et termometer er bygget, svarer hvert nivå i det smale røret til nøyaktig ett volum væske, og dermed til nøyaktig en temperatur.

Et smalere rør (halm) resulterer i et mer nøyaktig termometer fordi den samme ekspansjonen eller sammentrekningen av væsken vil føre til en økning eller fall over en lengre avstand. Som en ulempe kan det smale halm redusere den maksimale temperaturen som termometeret kan nå.

Ulike væsker kan fylle reservoaret til et termometer. Hvor mye væsken ekspanderer for hver oppnådd grad i temperatur, samt frysepunktet og kokepunktet er alle faktorer du bør vurdere når du velger væske til et flytende termometer.

Rydde opp
For å kaste bort gnidningsalkoholen i termometeret, hell alken ned i vasken med rikelig med rennende vann. Skyll godt slik at ingen alkohol driller i røret.

Mer å utforske
Termisk ekspansjon, fra Physics4kids.com
Ballong Morphing: Hvordan Gasser Contract og Expand, fra Science Buddies
Termometer, fra PBS Kids

Denne aktiviteten brakte til deg i samarbeid med Science Buddies

Hot Spot Hot Rod: Internett Invaderer AutomobileRinger av Saturn og 2 Moons Shine i nydelig NASA PhotoAntarktis Lake Vostok May Hold Extreme LifeÅ gjøre de store Apple Green Starts med Empire State BuildingSaint Patrick's Day Science: Brew Up Some Green Soda Pop!Incognito Caterpillar truer amerikanske grenserAfrika Faces Hotter FutureEt resirkulert univers