在國中時我們學習到

水快結冰時

冰與水共存其溫度為0度C

沸騰時

液態水與水蒸氣共存

其溫度為100度C攝氏溫標就是在這兩者溫度間

分成100個刻度

當中常常使用的是酒精溫度計與水銀溫度計

原因是這兩種物質在攝氏0到100度C之間

它們的體積會隨溫度線性增加

當我們使用兩種不同溫度計測量時

可以看到冰水共存時

都是攝氏0度C

而水沸騰時

都是攝氏100度C

有趣的是

當我們測量其他溫度時

有時候會發現同一物體

兩種溫度計量到的值不一樣

例如

一盆水

當我們使用酒精溫度計測量時是48.5度C

可是換成水銀溫度計測量時

卻是50度C

你也許會好奇

為什麼會這樣呢？

究竟哪個溫度計測量的才是對的？

其實兩個都是正確的喔

只要你有指出使用哪種液體作為溫度計

舉例來說

我們可以公告以水銀作為液體溫度計的標準

之後所有的其他液體溫度計都需要校正

不過你會發現和以前學過的七大基本單位一樣

如果溫度的測定是需要依靠某種隨意指定的特定物質

就常常會發生你測到的一度與我測到的一度不相同

這時候氣體溫度計就上場了

前面章節所提到的物理學家

波以耳、查理、給呂薩克這些科學家對於氣體的研究

發現隨著溫度的提高

氣體的體積、壓力都會升高

而且這種氣體性質的改變與氣體種類無關

不過我們沒有辦法將液體溫度計的使用方式

直接套用在氣體上

也就是使用長度來判斷溫度的高低

因為氣體具有擴散性

會直接充滿整個密閉容器

所以需要重新利用氣體性質設計溫度計

你能回憶一下

氣體隨著溫度提高而會有哪些性質的改變呢？

沒錯

當溫度提升時

氣體的壓力與體積也會改變

利用這個性質

我們有著兩種不同的氣體溫度計

第一種是固定外在壓力

觀察氣體體積與溫度的變化關係

我們稱為定壓溫度計

可以看到圖中

在玻璃瓶中塞上軟木塞

而軟木塞被一隻玻璃毛細管所穿過

並在中間用液體汞封住

用來達成密閉容器的環境

所以當汞柱位置穩定時

玻璃瓶內的壓力相當於瓶外的大氣壓力加上汞柱給的壓力

當我們將溫度計放入水中並加熱到更高的溫度時

我們會看到汞柱升高

這是因為氣體溫度升高後體積膨脹

但瓶內壓力還是等於外界大氣壓加上汞柱重量造成的氣壓

所以瓶內壓力不變

講到氣體溫度與體積的關係

你還記得之前查理定律所討論的內容嗎？

查理定律說明

在密閉容器內且固定容器壓力時

會觀察到氣體體積與絕對溫度K成正比

而定壓溫度計就是利用這個原理

觀察不同溫度下氣體的體積

有了利用查理定律的定壓氣體溫度計

當然也有利用給呂薩克定律的定容氣體溫度計

讓我們稍微回憶一下給呂薩克定律

給呂薩克定律說明

在密閉容器內且固定容器體積時

會觀察到氣體壓力與溫度K成正比

那我們要如何讓氣體壓力被看見呢？

其實我們國中有學過

可以按下暫停想一想

猜猜看喔

國中的時候曾經學過

測量大氣壓力的方法是使用測量汞柱高的方法來計算

所以就像畫面的裝置一樣

在玻璃瓶內填裝氣體後

使用汞填入玻璃柱中

一開始連結管兩邊汞柱等高

代表玻璃瓶內氣體壓力與外界大氣壓力相同

而後開始加熱後

氣體體積膨脹

導致兩側汞柱不同高

但定容溫度計是要求在同樣的氣體體積下

所以將一側的汞柱拉高

使另一側汞柱能將氣體壓回原本體積

完成後

再次測量兩側汞柱高度差

將汞柱差造成的壓力加上大氣壓力

就等於玻璃瓶內的氣體壓力囉

最後

讓我們來統整一下這支影片的學習內容

不管是使用哪種氣體溫度計

他們的原理都是利用查理-給呂薩克定律中

隨著氣體的溫度升高而使得氣體的體積或壓力有所改變

像是定壓溫度計

藉由在固定壓力下

觀察氣體體積與溫度的變化

而定容溫度計

則是在固定體積下

觀察氣體壓力與溫度的變化

兩種氣體溫度計都是使用絕對溫標時

氣體體積與壓力才會與溫度成正比喔

想一想

有一種雙金屬溫度計準確度和氣體溫度計有得比

但有了氣體溫度計為何還需要雙金屬溫度計呢？

有沒有哪些環境可能不適合使用氣體溫度計呢？

試著去瞭解氣體溫度計的使用限制吧

我們下次見囉

bye bye