|
В этом случае медь лежит по внешней стороне кривой, а железо — по внутренней. Так как внешняя сторона является более длинной, чем внутренняя, это позволяет медной полоске быть более длинной, чем железная, при сохранении целостности сварки. По мере падения температуры пластина распрямляется и при достижении исходной температуры снова становится прямой. Если же температура продолжает опускаться, то биметаллическая пластина изгибается в направлении меди, которая теперь находится на внутренней стороне кривой, в то время как железо находится на внешней стороне.
Если такая биметаллическая пластина закреплена с одного конца, то другой конец двигается из стороны в сторону в зависимости от влияющей на него температуры. Несмотря на то что внешняя сторона изогнутой ленты очень не намного более длинная, чем внутренняя, даже небольшое увеличение длины приводит к резкому уменьшению радиуса кривизны. По этой причине даже небольшая разница в температуре, производя очень маленькие различия в длине между железом и медью, в то же время значительно изменяет изгиб.
Устройство такого типа может использоваться как термостат. Когда температура в доме падает, биметаллическая лента начинает изгибаться, скажем налево, и при некоторой температуре этого изгиба становится достаточно для того, чтобы замкнуть электрический контакт, который включает обогреватель. Как только дом нагревается, биметаллическая пластина изгибается назад, размыкает контакт и, таким образом, выключает нагреватель. Изменяя положение электрического контакта (что достаточно легко осуществить), мы можем добиться того, чтобы биметаллическая пластина включала нагреватель при любой заданной температуре. Опять же положение свободного конца такой биметаллической полоски может использоваться для измерения температуры. Если мы закрепим на ней писчее перо, поместим под него вращающийся с постоянной скоростью барабан с бумагой, то получившееся устройство будет показывать текущее значение температуры, а мы можем всегда увидеть изменение ее от заданной позиции. Маятник опять же может быть спроектирован таким образом, чтобы его подвес был выполнен не из одного металла, а из двух, скажем из железа и цинка. Они могут быть соединены между собой горизонтальными пластинами таким способом, чтобы температурные изменения в цинке старались удлинить маятник, в то время как температурные изменения в железе — сократить его. Совместным действием такого механизма было бы поддержание неизменной длины маятника независимо от температуры окружающей среды. Такое устройство называется «компенсированным маятником».
Температурные шкалы
Общепринятым методом усиления объемного расширения в целях измерения температуры является использование не твердых тел, а жидкостей. Представьте себе сферический сосуд, из которого откачан воздух, с идущей из него вверх тонкой трубкой постоянного диаметра. Сосуд вмещает достаточно жидкости, чтобы полностью заполнить сферу, но трубка остается пустой и содержит только вакуум. Если жидкость нагреть, ее объем увеличится, и у нее не будет никакого выхода, кроме как подниматься вверх по трубке. Объем жидкости, который поднимается по трубке, можно посчитать по обычной формуле для объема цилиндра, V = πr<sup>2</sup>h, где r — радиус цилиндрической трубки, a h — высота, до которой повышается жидкость. Для данного объема чем меньше значение радиуса трубки, тем на большую высоту поднимется по ней жидкость. Из этого следует, что даже при том, что дополнительный объем жидкости (который возникает благодаря температурному расширению) очень невелик, изменение в высоте уровня жидкости в трубке можно сделать весьма значительным, стоит только уменьшить до нужной величины радиус трубки. С тем, чтобы отградуировать шкалу, отражающую изменение высоты жидкости в трубке в зависимости от изменения температуры, тоже нет никаких трудностей. |
