|
Иллюстрация к статье на тему "Термостат*". Статьи для написания рефератов, курсовых работ, научные статьи, биографии, очерки, аннотации, описания.
Термостат* - — Для надобностей физики, химии, биологии и других экспериментальных наук и техники было устроено много разнообразных регуляторов температуры, или термостатов. Одни из них основаны на свойствах многих химически чистых веществ плавиться и кипеть при строго определенных температурах, а другие действуют механически: они содержат какое-либо приспособление, приходящее в движение и воздействующее на источник тепла, согревающий прибор, как только температура станет немного выше или ниже назначенной. Термостат* первых двух родов можно устроить лишь для некоторых температур, зависящих от выбранного вещества; последние допускают непрерывное изменение выбираемой температуры, но могут регулировать только приблизительно, так как температура должна измениться, чтобы регулирующий орган пришел в движение. Всего удобнее поддерживать температуру 0°, так как чистый лед тает при этой температуре, а изменчивость атмосферного давления производит в ней изменения, не превышающие 0,0001°. Но для этого надо наполнять Термостат* кашицею из мелко раздробленного чистого льда или снега; если на дне соберется много воды, то она может стать заметно теплее, так как при согревании от 0 до 4° вода становится плотнее и опускается вследствие этого на дно. Даже малая примесь солей понижает заметно темп. плавления льда, поэтому, если желают получить точность большую чем 0,01°, необходимо замораживать чистую, дистиллированную воду. Для других температур выбор веществ очень ограничен: только химически чистые вещества имеют определенную и постоянную температуру плавления, смеси дают непрерывное изменение при плавлении или застывании; около температуры плавления каждой составной части лишь замечается замедление нагревания или охлаждения смеси. Поэтому Термостат*, основанные на постоянстве температур плавления, пригодны лишь для не очень продолжительных опытов, когда можно довольствоваться не особенно большою точностью; при продолжительном нагревании многие вещества изменяются в своем составе, а дурная теплопроводность большинства из них допускает значительные разности температур в разных точках Термостат* С большим или меньшим успехом могут служить следующие вещества: кристаллическая уксусная кислота (16,7° С), стеарин (55°), стеариновая кислота (69,2°); многие соли, претерпевающие водное плавление, олово (228°), свинец (325°), калиевая селитра (338°), смеси калиевой и натровой селитры в определенных отношениях (54,3 части KNO3 и 45,7 NaNO 3 при 225°), хлористый калий (734°) и хлористый натрий (772°). Температуры кипения определенных соединений зависят от давления атмосферы, в среднем они повышаются примерно на 0,03° С на каждый миллиметр барометрического столба. Зато разности температур в разных местах Термостат* нетрудно довести до очень малой величины, придавая ему конструкцию с двойными стенками, наподобие известного сосуда для определения точки кипения термометров. Чтобы жидкость не терялась, к Термостат* присоединяют холодильник, из которого сгустившиеся пары стекают обратно в кипятильник. Кроме воды, рекомендуют бензол (80,36°), толуол (110°), ксилол (132,8°), нафталин (216,5°), анилин (182,5°), серу (445°), цинк (930°). Смеси различных близких по составу углеводородов нефти очень трудно разделить перегонкою, поэтому такие смеси можно с успехом употреблять для получения температур промежуточных между их точками кипения. Можно заставить жидкость кипеть и при иной постоянной температуре, повышая или понижая искусственно давление на ее поверхности, но этот прием для устройства Термостат* неудобен, так как поддерживать искусственно постоянство давления трудно. Механические, самодвижущие Термостат* применяются обыкновенно к приборам, нагреваемым газом или гальваническим током; к ним применяются те же общие соображения, что и к регуляторам движения (см.). Но для регуляторов температуры большая теплоемкость самого прибора служит как бы маховиком и сглаживает влияние периодических колебаний притока тепла: величина пламени не остается постоянной; она периодически возрастает и убывает под влиянием регулятора, но величины колебаний и продолжительность горения наибольшего и наименьшего пламени изменяется сообразно потере тепла нагреваемым телом. Поэтому средняя температура Термостат* или показания термометра, неподвижно установленного в определенном месте внутри этого прибора, может поддерживаться в течение многих дней (с колебаниями, не превышающими 0,1° при невысоких температурах), но в разных частях согреваемого тела можно ожидать гораздо большие разности, так как термометрический резервуар Термостат* поддерживает непосредственно лишь свою собственную температуру. Первый Термостат* для газа был устроен Бунзеном, Термостат* Рейхерта, Шлезинга, электромагнитный и д'Арсонваля описаны уже в ст. Лаборатория (см.). С тех пор придумано многих новых конструкций. Для надобностей термохимии Оствальд придал Термостат* для газового топлива конструкцию, изображенную на табл. фиг. 1 (прибл. на 1/4 нат. вел.). В средней трубке налита ртуть, слева присоединен термометрический сосуд, а справа входит и выходит светильный газ для горелки, в направлении, показанном стрелками. Сначала Термостат* нагревают при открытом кране, пока не будет достигнута назначенная температура, только тогда кран закрывают и регулятор начинает действовать. Чтобы газ не погас, когда ртуть поднимется до прикосновения с отверстием входной трубки, между нею и выходною трубкою делают соединительную ветвь из каучуковой трубки с винтовым зажимом, который регулируют так, как того требует заданная температура Термостат*; положение входной трубки в ее каучуковом колпачке, допускающем продольное передвижение, регулируют пробами сообразно желаемой чувствительности. Фиг. 2 изображает общий вид Термостат* Оствальда, с мешалкою, приводимою в движение винтовою вертушкою, на которую действует струя воздуха от подставляемой горелки. Для непродолжительного срока, в течение которого нельзя ожидать значительных изменений барометрического давления, выбирают воздух или другой газ для термометрического тела, так как прибор становится чувствительнее, чем при жидкостях. Для поддерживания постоянной температуры в течение многих суток берут 10% раствор хлористого кальция в воде или быстрее расширяющийся толуол. Но форма сосуда должна быть такова, чтобы тепло передавалось ему возможно быстро и чтобы он был ближе к источнику тепла и подверженным охлаждению стенкам Термостат*, чем нагреваемое тело и контролирующий термометр. Наибольшую чувствительность Термостат* Оствальда получает, когда термометрический сосуд наполнен жидкостью, кипящею при заданной температуре (фиг. 3): упругость паров очень быстро возрастает, когда температура, повышаясь, приближается к точке кипения. Этот прием (предложенный в 1878 г. Andreae) применяется очень часто в Термостат* для бактериологических опытов, где приходится поддерживать в течение многих дней в приборах вроде сушильных шкапиков (см. Лаборатория, табл. II, 23, 24) температуры, немного превышающие комнатные. В этих случаях самый регулирующий прибор делают металлическим, как у д'Арсонваля, с поршнем или каучуковой диафрагмой, приводимыми в движение упругостью пара жидкости, заключенной в термометрическом сосуде и воздействующими на приток газа. Расширение твердых тел тоже часто применяется в Термостат* Серьезный недостаток происходит от "упругого последействия" (см.), особенно значительного при высоких температурах: под влиянием даже небольшого напряжения, необходимого для передвижения органа, реагирующего на источник тепла, нагретое тело мало-помалу изменяет свою форму, и регулировка нарушается. Поэтому спиралью или дугою из двух металлов, различно расширяющихся, спаянных как в известном термометре Брегета, пользуются лишь для грубых Термостат*: их применяли, напр., чтобы устроить механизм, закрывающий газовый кран, когда горелка почему-либо потухнет. Термостат*, регулирующий температуру железного сосуда с расплавленным свинцом при 570° с изменениями лишь в 0,5° С в неделю, устроил М. Боденштейн: к верхнему краю сосуда укреплен рычаг, на который действует снизу, вблизи точки опоры, фарфоровый стержень, упирающийся на дно. Параллельно рычагу к тому же сосуду прикреплена неподвижно крепкая горизонтальная железная ветвь, на конце которой помощью микрометренного винта можно установить регулятор, подобный Оствальдову. Но для увеличения чувствительности колено его, где проходит светильный газ, взято узким, а другое очень широко и содержит поплавок, заполняющей почти все его поперечное сечение, так что ртуть занимает лишь узкое, кольцеобразное пространство. На верхний конец этого поплавка давит оконечность рычага Термостат*, всякое изменение положения поплавка вызовет такое же изменение уровня ртути в обоих коленах, но во столько раз большее, во сколько поверхность сечения поплавка больше поверхности сечения регулятора, заполненного ртутью в обоих коленах. Гальванический ток легко применить к Термостат*: ртуть, поднявшись до назначенной высоты в термометрическом сосуде, или брегетовская спираль может замыкать ток, воздействующий на источник тепла через посредство электромагнитов. Однако через это приборы напрасно усложняются и не получили поэтому распространения в лабораториях. Напротив того, повсеместное применение сильных токов дало возможность в настоящее время пользоваться ими как источником тепла в Термостат* Регулятор наподобие Оствальдова, с термометрическим сосудом, наполненным ртутью, вместо действия на приток газа замыкает побочную ветвь, когда температура перейдет назначенную величину, уменьшая этим силу тока и приток тепла в главной ветви, согревающей Термостат*, и обратно. В берлинском правительственном физическом учреждении пользуются для сравнения термометров при высоких температурах Термостат* с электрическим нагреванием. Ток настолько постоянен, что одним прерыванием от руки легко поддерживать много минут сряду постоянную температуру с точностью до 0,01° С. Еще большую точность, до 0,0002° С, для температур, мало отличающихся от комнатной, достиг Гуи (J. de Phys. 3, VI, 479). Резервуар со спиртом его прибора имеет объем 225 куб. стм и замкнут ртутью, как у Оствальда. Но трение и сжимаемость спирта и стенок не позволяют концу ртутного столбика следить за очень малыми изменениями объема; поэтому Гуи сделал подвижною платиновую проволоку, замыкающую ток при поднятии этого столбика: механизм, приводящий в движение мешалку Термостат*, сообщает ей вертикальное колебательное движение, с периодом в 20 сек., проволока погружается в ртуть, сначала приподнимает ее, а затем ртуть отстает; в зависимости от стояния ее уровня меняется продолжительность замыкания тока, действующего непосредственно на реле, замыкающее, в свою очередь, цепь аккумуляторов, служащую для подогревания ванны Термостат*
|