Самодельные физические приборы для школы
Приборы для демонстрации теплового расширения жидкости
Берутся две колбы одинакового объема, емкостью по 250—500 см3, и резиновые пробки, плотно закрывающие горлышки колб. Сквозь каждую пробку нужно пропустить стеклянную трубку с внутренним диаметром в 4—5 мм и длиною не менее 40 см.
До самого верха в одну колбу наливается подкрашенная вода, а в другую — подкрашенный спирт или денатурат; причем спирт и вода должны иметь различные цвета, чтобы при проведении опыта можно было наблюдать за тепловым расширением жидкостей.
При закрывании колбы пробкой избыток жидкости частично выльется через края горлышка, а частично поднимется по стеклянной трубке, которая не должна выдаваться из пробки внутрь колбы. Надо добиться, чтобы уровень жидкостей в обеих трубках был на одной высоте.
На каждую стеклянную трубку надевается небольшое резиновое кольцо. Уровень жидкости в трубке должен быть немного выше (на 2—3 мм) резинового кольца. Одну из колб надо поставить в сосуд с горячей водой. В начальный момент уровень жидкости в трубке опустится (это легко заметить, так как жидкость окажется ниже резинового кольца).
Почему это происходит?
Понижение уровня жидкости объясняется тем, что стенки колбы от нагревания сразу расширяются и объем колбы увеличивается, а жидкость так быстро не успевает прогреться; поэтому уровень ее в трубке из-за быстрого увеличения объема колбы вначале несколько понижается. Затем жидкость в колбе прогревается, и уровень ее в трубке быстро растет. Это показывает, что жидкость расширяется больше, чем твердое тело (стекло). Если же опустить в сосуд с горячей водой обе колбы, то через некоторое время уровень спирта станет большим, чем уровень воды во второй колбе.
Расширение жидкости, прибор для наблюдения
Следовательно, при одинаковом нагревании до одной и той же температуры, некоторые жидкости расширяются больше, другие меньше. Различные жидкости имеют разные коэффициенты объемного расширения.
Нужно отыскать железную трубу диаметром в 5—6 см, высотой в 20—25 см и в боковой поверхности ее сделать два круглых отверстия, одно около верхнего края, а второе — возможно ближе к основанию трубы. Отверстия закрываются пробками, и сквозь них пропускаются термометры. Пробки должны закрывать отверстия очень плотно, чтобы вода не просачивалась из трубы. Вынув пробки, нужно насадить на трубу железную банку, например из-под консервов, и припаять ее к середине трубы, а в дне банки выбить гвоздем или просверлить отверстия, чтобы получилось нечто вроде грубого решета.
Закрыв боковые отверстия пробками, следует наполнить трубу водой комнатной температуры, а в консервную банку положить кусочки льда.
В первый момент термометры покажут одинаковую темпе- ратуру. Затем нижний термометр начнет показывать более низкую температуру, чем верхний. Но так будет продолжаться только до тех пор, пока температура воды не достигнет + 4°С. Начиная с этого момента верхний термометр будет показывать температуру ниже + 4°С, а показания нижнего останутся на » 4°С.
Это говорит о том, что вода при температуре + 4°С имеет самую большую плотность.
