指針式寒暑表

譚建華

八年級《物理》（人教版）上冊第81頁的第4題：不同物質(zhì)在升高同樣溫度時(shí)它們膨脹的多少是不同的.如果把銅片和鐵片鉚在一起，當(dāng)溫度變化時(shí)這樣的雙金屬片就會(huì)彎曲.怎樣用它制成溫度計(jì)？畫出你的設(shè)計(jì)草圖.

市場上有一種指針式寒暑表（如圖1所示），就是用雙金屬片作感溫元件的.到商店去看一看，有沒有這樣的寒暑表.

日光燈起輝器內(nèi)也有這樣的雙金屬片.輕輕打破起輝器的玻璃外殼，把U形雙金屬片用火柴烤一烤，就可以看到它的形狀發(fā)生變化.想一想，能不能用它制作一個(gè)自動(dòng)控制溫度的裝置？

溫度計(jì)是用來測量溫度的儀器，我們常用的大都是液體溫度計(jì)，如水銀溫度計(jì)、酒精溫度計(jì)和煤油溫度計(jì)等，它們都是根據(jù)液體熱脹冷縮的規(guī)律制成的，其基本結(jié)構(gòu)有玻璃外殼、毛細(xì)管、玻璃泡、刻度及溫標(biāo).其實(shí)，由于金屬也有熱脹冷縮的現(xiàn)象，也可以用來制作溫度計(jì).大量實(shí)驗(yàn)表明，隨溫度的升高，鋁的熱膨脹最顯著，隨后依次排列為銅、鐵、鋼.將長度相同的不同薄金屬片疊在一起，兩頭用鉚釘鉚合，就是雙金屬片.由于不同金屬片的熱膨脹程度不同，雙金屬片在受熱或遇冷時(shí)會(huì)發(fā)生彎曲，可以讓雙金屬片帶動(dòng)金屬溫度計(jì)的指針來指示當(dāng)時(shí)的溫度，這是制作指針式溫度計(jì)的基本思路.

圖1所示的指針式溫度計(jì)，外形如儀表盤，它以雙金屬片作為感溫元件，用來控制指針.雙金屬片通常是用銅片和鐵片鉚在一起的，且銅片在左，鐵片在右.由于銅的熱脹冷縮效果要比鐵明顯得多，因此當(dāng)溫度升高時(shí)，銅片牽拉鐵片向右彎曲，指針在雙金屬片的帶動(dòng)下就向右偏轉(zhuǎn)（指向高溫）；反之，溫度變低，指針在雙金屬片的帶動(dòng)下就向左偏轉(zhuǎn)（指向低溫）.

找一個(gè)廢棄的日光燈啟輝器，輕輕打破啟輝器的外殼（注意安全，小心不要?jiǎng)澠剖种福銜?huì)發(fā)現(xiàn)其內(nèi)有兩個(gè)觸片，一個(gè)是直線形的叫靜觸片，另一個(gè)U形的是動(dòng)觸片，如圖2所示.其實(shí)，日光燈啟輝器也是利用雙金屬片的熱脹冷縮來工作的.當(dāng)我們把U形金屬片用火柴烤一烤時(shí)，我們很快就可以看到它的形狀發(fā)生了變化，U形觸片慢慢張開，向靜觸片靠攏，直至與靜觸片接觸；當(dāng)停止加熱后，U形觸片慢慢恢復(fù)原狀，遠(yuǎn)離靜觸片.

根據(jù)啟輝器這種結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，我們可以用它來制作水開自動(dòng)報(bào)警器、溫度自動(dòng)控制器等.圖3所示就是一個(gè)溫度自動(dòng)控制裝置圖.控制溫度的核心部件即為啟輝器的雙金屬片.將其浸入到加熱容器中，當(dāng)溫度上升到一定程度時(shí)，溫度自動(dòng)控制器的雙金屬片會(huì)慢慢張開，動(dòng)觸片和靜觸片接通，對加熱器形成短路，加熱器停止加熱；而當(dāng)溫度下降到一定值時(shí)，溫度自動(dòng)控制器的雙金屬片又會(huì)慢慢還原，動(dòng)觸片和靜觸片自動(dòng)斷開，加熱器所在電路連通，加熱器重新開始加熱，繼而達(dá)到自動(dòng)調(diào)溫的目的.

雙金屬片溫度計(jì)適用于液體、氣體和蒸汽的溫度測量，具有反應(yīng)靈敏，測量準(zhǔn)確，抗震性強(qiáng)，測量溫度范圍大，使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，故被廣泛應(yīng)用在繼電器、開關(guān)和控制器等上面，為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、半自動(dòng)化立下了汗馬功勞.

責(zé)任編輯 程 哲