Bimetalový teploměr
Pokus číslo: 4587
Cíl pokusu
Experiment ukazuje ve zrychleném videu fungování bimetalového teploměru.
Teorie
Bimetalový teploměr využívá rozdílnou teplotní délkovou roztažnost různých kovů. Jeho základní částí je bimetalový pásek (viz pokus Bimetal), který je tvořený dvěma pevně spojenými vrstvami kovů s odlišnými součiniteli teplotní roztažnosti.
Při zahřátí (resp. ochlazení) se jedna vrstva snaží prodloužit (resp. zkrátit) více než druhá. Protože jsou ale obě vrstvy pevně spojeny, nemohou měnit svoji délku nezávisle. V pásku tak vzniká mechanické napětí a pásek se prohýbá. Velikost prohnutí závisí na rozdílu roztažností použitých kovů a na změně teploty.
V teploměrech bývá bimetalový pásek často stočen do spirály nebo šroubovice, aby se i malá změna zakřivení projevila výraznějším pootočením. Jeden konec bývá upevněn a druhý spojen s ručkou, pomocí které lze ze stupnice odečíst teplotu.
Pomůcky
Bimetalový teploměr, sklenice na vodu, rychlovarná konvice.
Bimetalové teploměry se často používají jako levné venkovní teploměry, u kterých nevyžadujeme vysokou přesnost měření teploty. Obvykle je bimetalový pásek teploměru chráněný průhledným (např. plastovým) krytem, který jsme ale pro potřeby tohoto experimentu odstranili, aby bylo chování pásku dobře pozorovatelné.
Postup
Necháme ohřát vodu v rychlovarné konvici. Není potřeba ji přivést k varu – stačí teplá, ne nutně horká voda.
Přelijeme vodu do skleničky a položíme bimetalový teploměr přes její horní okraj (obr. 1).
Vzorový výsledek
Výsledek experimentu je zachycen na videu níže. Můžeme pozorovat, jak se bimetalový pásek pomalu prohřívá, postupně se rozvíjí („rozbaluje“) a ručka ukazuje vyšší a vyšší teplotu.
Metodická poznámka
Jenom zdůrazněme, že bimetalový teploměr v tomto experimentu rozhodně neměří teplotu vody ve skleničce, teploměr a voda ani nejsou v přímém kontaktu.
Striktně vzato, každý kontaktní teploměr (tedy i teploměr bimetalový) měří jen a pouze svoji vlastní teplotu, případně teplotu objektů, se kterými je v tepelné rovnováze. V našem experimentu pozorujeme postupný růst měřené teploty, při kterém se bimetalový pásek dostává do tepelné rovnováhy s teplým vzduchem a vodní párou nad hladinou.
Technická poznámka
Vzorové video zahřívání bimetalového pásku je 50× zrychleno, ve skutečnosti trval zachycený pohyb ručky přibližně 7 minut. Pokud budete pozorovat pohyb ručky pouhým okem, očekávejte tedy, že se bude její poloha měnit velmi pomalu.
