Все знают, что перед измерением температуры нужно встряхнуть градусник. Кажется, что это нужно только чтобы показания термометра стали заведомо ниже, чем температура, которую мы собираемся измерить.
Но есть ещё более важная причина! Сначала разберёмся, как устроен градусник. Он состоит из трубки-шкалы и резервуара с ртутью – носика градусника. Шкала и носик соединены тончайшей трубочкой-капилляром.
Когда мы измеряем температуру, при контакте с кожей человека резервуар с ртутью нагревается, ртуть расширяется и поднимается по трубке до максимальной величины. Обычно для этого достаточно 5-10 минут.
Когда мы вынимаем градусник из-под мышки, ртуть в колбе начинает сокращаться из-за охлаждения и стремится занять первоначальный объём. Однако из-за разницы между объёмным и линейным тепловыми сокращениями ртуть в капилляре остывает быстрее, чем в измерительной трубке, и стекает в носик-резервуар. При этом ртуть в столбике шкалы разрывается в самом узком месте – в капилляре, где соединены резервуар и измерительная трубка.
В результате образуется разрыв, который термоизолирует два куска ртути между собой. Поверхностное натяжение ртути сильнее, чем сила тяжести, поэтому вся ртуть не может стечь обратно в резервуар и застревает на том значении, которое мы измерили. Но когда мы встряхиваем градусник, ртуть преодолевает поверхностное натяжение, стекает обратно в носик, и показания термометра уменьшаются.
Именно поэтому в градуснике используется так много ртути – чтобы мог образоваться разрыв в капилляре и, следовательно, чтобы сохранялась неизменность показаний, когда вы вынимаете термометр.
Поэтому же градусник используется только для измерения температуры человека и животных (до 42 градусов Цельсия). В противном случае слишком большое линейное расширение ртути может разорвать капилляр, и градусник выйдет из строя. Для измерения более высоких температур используются другие термометры, например, с металлическими щупами.