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伽利略溫度計:浮力原理的探討

伽利略溫度計的運作原理是阿基米德原理和浮沉原理,
(1)阿基米德浮體 原理(或直接稱為阿基米德原理):浸在流體中的物體(全部或部分)受到向上的浮力,其大小等於物體所排開流體的重量。而物體所受的浮力大小與液體的密度成正比,液體密度愈大,物體所受的浮力也會愈大。
(2)浮沉原理:物體的所受的浮力若=物體重力時,物體會浮在水中,此時物體的的密度可恰等於或小於液體的密度;反之若物體所受的浮力>物體的重力時,物體會沈入水中,此時物體的密度大於液體的密度。

在伽利略溫度計中透明的液體常是"烴"類化合物,它的密度會隨著溫度上升而下降。也就是此時液體的密度會隨著溫度上升而下降的,如此會使的瓶中的玻璃彩球所受的浮力減小。
如左圖所示,紅、藍、綠三球都是浮著,這表示它們所受的浮力恰等於重力,而三球的密度都是小於液體的密度的。要等液體的溫度升高,浮力減小,三球才會沉下來,這就表示浮著的球密度小而且代表的溫度比較高。




左圖是沉下去的彩球,因為它們的密度比液體大,所以它們的重力大於液體給予的浮力,所是它們會沉在瓶底。
若是液體的溫度變低的話,液體的密度會上升,此時玻璃彩球所受的浮力會變大,會使的密度重的彩球浮上去,所以在瓶底的彩球是屬於低溫的。








那要怎麼看伽利略溫度計的溫度哪?
答案就是(浮在最低處的彩球溫度+沉在最高處的彩球溫度)/2 = 此時的溫度。
但是伽利略溫度計的溫度要夠精準的話,彩球必須是絕熱系統,也就是溫度的改變不能改變彩球的密度。

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