Írd le, hogyan működik a higanyos lázmérő!

A lázmérőnek két jellegzetes tulajdonsága van egy közönségesebb hőmérővel, pl. a szobahőmérővel szemben: a nagy érzékenység $(0,1\ \mathrm{{}^\circ C)}$ és az, hogy lázmérő ún. maximumhőmérő. Ez utóbbi azt jelenti, hogy a lázmérő higanyszála mindaddig az elért legmagasabb hőmérsékleti értéket mutatja, amíg (pl. rázással) újra alapállapotba nem hozzuk.



A nagy érzékenységet úgy érik el, hogy az $(1)$ higanytartályból (l. az ábrát) olyan vékony üvegcső $(3)$ nyúlik ki a számlap $(4)$ fölé, hogy ez utóbbi térfogata a tartály térfogatához hasonlítva nagyon kicsi, ezért a higany hőmérséklet‑növekedés hatására bekövetkező; viszonylag kis térfogat-növekedéséhez a $(3)$ csöben levő higanyszál nagy elmozdulása tartozik.

Becsüljük meg a cső átmérőjét! A kb. $3\ \mathrm{mm}$ vastag és $2\ \mathrm{cm}$ hosszú tartályban $\approx 0,25\ \mathrm{cm^3}$ higany van. Felhasználva azt, hogy a függvénytáblázat szerint a higany térfogati hőtágulási együtthatója $\beta \approx 2\cdot 10^{-4}\ \mathrm{\displaystyle \frac{1}{\mathrm{{}^\circ C\ \ }}}$, valamint azt, hogy a lázmérőn $1\ \mathrm{{}^\circ C}$ hőmérséklet‑emelkedést a higanyszál körülbelül $1\ \mathrm{cm}$‑es elmozdulása jelez, a $(3)$ cső átmérőjére $d\approx 0,1\ \mathrm{mm}$ adódik.

A lázmérő másik jellegzetes tulajdonságát az eszköz kialakításával magyarázhatjuk. Az $(1)$ higanytartályt a $(3)$ csővel összekötő szakaszon igen erős szűkületet, ún. nyakat hoznak létre. Ebben a nyakban a higany áramlása csak az üveg fala és a higany között fellépő nagy súrlódást legyőzni képes erőnek a hatására történhet.

Melegítéskor a fenti súlódási erő ellen végzett munkát a higany részecskéinek megnövekedett mozgási energiája fedezi. Lehűléskor a higany felületi feszültségének hatására igyekszik a tarályba visszahúzódni, de a $(2)$ szűkületen való áthaladáshoz - bár lefelé tartva a lazmérő higanytartályára a nehézségi erő is ebbe az irányba hat - ez az erő nem elegendően nagy.

A fenti hatások következtében a $(2)$ nyakban a higanyszál a lehűlés kezdetekor megszakad (ez szabad szemmel is jól látható), és a tartályban levő higany összehúzódik a környezet hőmérsékletének megfelelő mértékben.

A $(4)$ csőben levő szál térfogata olyan kicsiny, hogy lehűléskor a térfogatcsökkenés a kis csőátmérő ellenére is csak alig észrevehető elmozdulást eredményez $(\approx 0,1\ \mathrm{{}^\circ C})$, ezért eszközünk valóban maximum hőmérőként viselkedik.

A lázmérő ,,lerázásakor" a higany tehetetlenségénél fogva átpréselődik a $(2)$ nyakon az $(1)$ tartályba, így a mérés újra kezdhető.