Е.В.ГУЩИНА, К.А.КОХАНОВ,
ВятГГУ, г. Киров
center@extedu.ru

Загадочный психрометр

Приводим описание двух простых, но эффектных экспериментов с психрометром. Их можно показать на уроке при изучении тепловых явлений в основной школе.

Оборудование: психрометр, стакан с водой при комнатной температуре, чистые тряпочки.

Для начала первый вопрос: что произойдёт с показаниями «влажного» термометра (колба которого обёрнута тканью), если поместить изначально сухую ткань в сосуд с водой комнатной температуры?

Ответ: показания «влажного» термометра должны увеличиваться!

Для проверки этого утверждения предлагаем провести эксперимент. В ёмкость, предназначенную для смачивания ткани, наливаем воду, долго стоявшую в комнате. По мере подъёма жидкости по ткани показания влажного термометра в первые 1–2 мин ... повышаются на 1–1,5 °С (5–7 делений) и оказываются выше показаний оставшегося сухим термометра (рис. 1)! И только через 2–3 мин температура влажного термометра начинает стремительно понижаться, пока не установится ниже температуры сухого термометра.

Рис. 1

Попытаемся объяснить этот эффект. Можно предположить, что по мере подъёма жидкости по ткани вода охлаждает в первую очередь резервуар с измерительной жидкостью (подкрашенной спиртом). Уменьшение объёма резервуара должно приводить к выталкиванию измерительной жидкости в капилляр, в результате показания влажного термометра должны расти. Через некоторое время за счёт теплообмена охлаждается сама жидкость, которая, уменьшаясь в объёме, должна приводить к понижению показаний влажного термометра.

Однако этот эффект – не основной, и его реальный вклад в повышение показаний влажного термометра чрезвычайно мал. Такой вывод мы сделали на основании того, что не смогли экспериментально зафиксировать противоположный описанному эффект – понижение показаний влажного термометра с помощью тёплой и горячей воды. Основная причина действительного повышения температуры влажного термометра состоит в том, что по мере подъёма жидкости по ткани около ткани увеличивается количество водяного пара, который конденсируется на ней с выделением тепла и повышением температуры.

Несколько советов по проведению эксперимента: воду следует брать не из-под крана, а находившуюся длительное время при комнатной температуре; эффект сильно зависит от типа ткани – лучше всего опыт получается со шнурком (рис. 2).

Рис. 2

Предлагаем второй вопрос: что будет происходить с показаниями термометров (оба термометра сухие, ткань не смочена), если вблизи психрометра 5–7 мин будет находиться человек?

Ответ: показания термометров слегка повысятся, причём у термометра, обёрнутого тканью, показания будут расти быстрее.

Объяснение. Показания термометра, не обёрнутого тканью, растут из-за того, что выдыхаемый человеком воздух более тёплый по сравнению с окружающей средой. Показания термометра, обёрнутого тканью, растут быстрее, потому что вдобавок на ткани конденсируется выдыхаемая влага (с выделением тепла).

Такой же эффект повышения температуры будет наблюдаться, если рядом с психрометром поставить открытый сосуд с горячей водой. Причём, если по окончании эксперимента этот сосуд убрать, то через некоторое время показания термометра с тканью станут ниже, чем у термометра без ткани (впитавшаяся влага начнёт испаряться).