Το θερμόμετρο είναι μια συσκευή με την οποία μπορούμε να αποδώσουμε έναν
αριθμό στην αίσθηση της ζέστης ή του κρύου που επικρατεί μέσα σ’ ένα χώρο.
Το «θερμόμετρο του Γαλιλαίου» είναι μια συσκευή που επινοήθηκε από τον
Ιταλό Γαλιλαίο (Galileo Galilei 1564 – 1642) και η λειτουργία του
βασίζεται στην Αρχή του Αρχιμήδη και τη δύναμη της άνωσης. Ας δούμε όμως...
...τα
μέρη από τα οποία αποτελείται λίγο πιο αναλυτικά.
Το θερμόμετρο του Γαλιλαίου αποτελείται από έναν γυάλινο σωλήνα ο οποίος
έχει γυάλινη βάση στο κάτω μέρος του για να μπορεί να παραμένει σε κατακόρυφη
θέση πάνω σ’ ένα τραπέζι και είναι κλειστός στο πάνω μέρος του, συνήθως
σχηματίζοντας μια μύτη ώστε να παρουσιάζει ένα όμορφο αισθητικό αποτέλεσμα.
Μέσα στο σωλήνα υπάρχει υγρό (συνήθως λάδι), το οποίο όμως δεν γεμίζει
πλήρως το σωλήνα, έχει δηλαδή κενό στο πάνω μέρος του, ώστε το υγρό να μπορεί
να διασταλεί.
Επιπλέον μέσα στο σωλήνα βρίσκονται συνήθως γυάλινες σφαίρες οι οποίες
έχουν όλες τον ίδιο όγκο, αλλά περιέχουν διαφορετικές ποσότητες υγρού και κατά
συνέπεια έχουν διαφορετικές πυκνότητες. Το μέγεθος που έχουν οι γυάλινες
σφαίρες είναι τέτοιο ώστε να μη μπορεί η μια να προσπεράσει την άλλη. Στο κάτω
μέρος οι σφαίρες έχουν ένα χαραγμένο μεταλλικό ταμπελάκι που αναγράφει τιμές
θερμοκρασίας οι οποίες συνήθως κυμαίνονται από 18 έως 28 βαθμούς Κελσίου (°C).
Όταν η θερμοκρασία είναι κάτω από 18°C, όλες οι γυάλινες μπάλες επιπλέουν κοντά στην
επιφάνεια του υγρού του σωλήνα με την μπάλα που αναγράφει «18» να είναι
χαμηλότερα και την μπάλα που γράφει «28» να είναι ψηλότερα.
Ας δούμε τώρα πως λειτουργεί. Αυξάνοντας τη θερμοκρασία του περιβάλλοντος
το υγρό του σωλήνα θερμαίνεται και διαστέλλεται, επειδή όμως η μάζα του δεν
αλλάζει, η πυκνότητά του ελαττώνεται. Στους 18°C το υγρό του σωλήνα έχει την ίδια πυκνότητα με τη
γυάλινη σφαίρα που αναγράφει «18», με αποτέλεσμα αυτή κινηθεί λίγο προς τα κάτω
και να ισορροπεί χαμηλότερα από τις άλλες στο εσωτερικό του σωλήνα. Αν η
θερμοκρασία αυξηθεί κι άλλο φτάνοντας στους 20°C, η πρώτη σφαίρα που αναγράφει «18» έχει πέσει
στον πυθμένα του γυάλινου σωλήνα (αφού η πυκνότητά της είναι μεγαλύτερη από
αυτή του υγρού) και ενδιάμεσα τώρα ισορροπεί η σφαίρα που αναγράφει «20». Η
διαδικασία αυτή συνεχίζεται καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται.
Θέλοντας να δούμε το θέμα ακόμα πιο αναλυτικά, μπορούμε να πούμε ότι κάθε
γυάλινη σφαίρα στο εσωτερικό του γυάλινου σωλήνα δέχεται δύο δυνάμεις, το βάρος
της από το κέντρο της Γης και την άνωση από το υγρό. Όταν η γυάλινη σφαίρα
ισορροπεί μέσα στο υγρό η άνωση είναι ίση με το βάρος της. Όταν όμως η
πυκνότητα του υγρού μειωθεί εξαιτίας τη αύξησης της θερμοκρασίας, θα μειωθεί
και η άνωση με αποτέλεσμα η γυάλινη σφαίρα να βυθιστεί.
Το θερμόμετρο του
Γαλιλαίου είναι μια πολύ απλή και ευφυής κατασκευή, η οποία όμως έχει μικρή
κλίμακα μετρήσεων και είναι αρκετά ευαίσθητη.
