A Galilei-hőmérő
A képen látható hőmérő rendkívül egyszerű elven működik és elég pontos is. Manapság azonban inkább dekorációs szerepet tölt be az irodák asztalain. A Galilei‑hőmérő tulajdonképpen egy lezárt üvegcső, amelyben kisméretű fújt üveggömböcskék úsznak átlátszó folyadékban. Az üveggömböcskékben festett víz és alkohol keveréke van, és az aljukra fémlapocskákat rögzítenek. A különböző tömegű fémlapocskákon hőmérsékleti értékek vannak feltüntetve. Az egyedileg fújt gömbök mérete is eltérő, és a bennük található folyadék mennyiségével lehet a hőmérőt kalibrálni. Miután a gömbökre felakasztják a kis fémlapocskákat, mindegyik átlagsűrűsége kissé különbözni fog egymástól, de az átlagsűrűségek egyik gömbesetében sem tér el jelentősen az üvegcsőben található folyadék sűrűségétől. Amikor megváltozik a helyiségben a levegő hőmérséklete, az üvegcsőben található folyadék sűrűsége is megváltozik – ez a Galilei‑hőmérő működésének alapelve. A különböző átlagsűrűségű gömböcskék különbözőképpen fognak viselkedi a megváltozott hőmérsékleten. Lesznek, amelyek fent maradnak az üvegcső tetején, és lesznek, amelyek lesüllyednek az aljára. Az aktuális hőmérséklet mindig a lefelé induló, vagy éppen középen található gömböcskéről lelógó fémlapról olvasható le.
a) Magyarázza meg, hogy miért mozdulnak el a gömböcskék a külső hőmérsékletváltozás hatására!
b) Miért nem befolyásolja a gömböcskékben található folyadék sűrűségváltozása a hőmérő működését?
c) Mekkora a hőmérséklet a helyiségben, ha a \(22\ \mathrm{^\circ C}\) hőmérsékletet jelző gömböcske már lesüllyedt, de a \(24\ \mathrm{^\circ C}\) hőmérsékletet jelző még fent van, és nincs köztes hőmérsékleti értéket „viselő” gömb?
d) Vajon bármilyen hőmérsékleti tartományban használható a Galilei‑hőmérő?
e) Milyen előnyei és hátrányi lehetnek a Galilei‑hőmérőnek?