關鍵概念
溫度
測量
熱膨脹
介紹
你是否總是渴望瞭解事物是如何運作的？或者對自己製作有用的物體和儀器感到興奮？你有沒有想過你可以製作自己的液體溫度計？你將能夠用它來追蹤溫度如何隨位置變化——室內或室外。你家中最熱的地方會是哪裡？最冷的地方呢？你自己的自制溫度計將能夠告訴你！
背景
裝有液體的溫度計已經使用了幾個世紀來測量溫度。它們由一個裝滿液體的容器和一個細管組成。如果容器中液體的溫度升高，它會膨脹並上升到細管中。當液體冷卻時，它會收縮，使管中的液體下降到較低的水平。因此，管中液體的水平越高，表示溫度越高，水平越低，表示溫度越低。在校準溫度計時，與細管中液體水平相對應的特定溫度會標記在管的外部。現在你瞭解了液體溫度計的工作原理，但它為什麼會起作用呢？
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科學家將物質因溫度變化而改變體積的趨勢稱為“熱膨脹和收縮”。氣體膨脹和收縮劇烈。液體也會膨脹和收縮，但它們的體積變化更為緩和。即使是固體，在加熱或冷卻時也會改變體積。例如，橋樑在炎熱的天氣裡會稍微長一些。然而，固體的體積變化太細微了，無法在日常溫度計中使用。現在你更瞭解液體溫度計了，是時候開始實際製作一個了！
材料
透明塑膠吸管
尺子
細頭永久性記號筆
窄口小塑膠瓶，帶蓋（小瓶子，如用於藥品、食用色素或香草精的瓶子，效果很好。）
水
外用酒精（在通風良好的房間工作，不要讓外用酒精瓶敞開。）
幾滴紅色、藍色或綠色食用色素（液體食用色素效果最佳。）
紙巾
橡皮泥
醫用滴管或注射器
小碗
熱水
冰塊
商店購買的溫度計（可選）
準備工作
清空並清洗小塑膠瓶。
透明吸管將成為你溫度計的細管。使用永久性記號筆在吸管上從上到下以半釐米的間隔做小標記。這些標記將作為你溫度計上的刻度線。
橡皮泥將密封瓶頸並將吸管固定到位。將橡皮泥揉捏至柔軟且有彈性；然後捏成球並壓平。這塊圓形扁平的橡皮泥應該比你的瓶頸大。用你的吸管在這塊圓形橡皮泥的中間戳一個洞，剛好夠吸管穿過即可。清除任何堵塞吸管的橡皮泥。
步驟
向瓶中加入外用酒精，填充至大約一半的高度。（立即重新密封外用酒精瓶，以最大限度地減少暴露於煙霧和蒸發。）
向酒精中加入幾滴食用色素，蓋上瓶蓋並搖晃，使液體充分混合。你認為給液體著色為什麼重要？
用醫用滴管或注射器裝滿有色外用酒精。小心地將醫用滴管或注射器放在一邊，最好放在紙巾上，以防有液體洩漏出來。如果瓶中液體的液位降至四分之一以下，則向瓶中新增少量外用酒精，使液位達到瓶子的四分之一到一半的高度。
將吸管穿過橡皮泥上的孔，並將橡皮泥放在瓶頸上，使吸管懸掛在瓶中。調整吸管，使其末端浸沒在液體中，但不要接觸瓶底。大部分吸管將從瓶子中伸出。你認為吸管不應該接觸瓶底是為什麼？
使用橡皮泥密封瓶口並將吸管固定到位。重要提示：確保橡皮泥在吸管周圍和瓶口上形成緊密密封，但不要封閉吸管的開口。空氣不應能夠進入瓶子。你能想到為什麼這如此重要嗎？
將醫用滴管或注射器的內容物——一滴一滴地——滴入吸管中。發生了什麼？這種液體會沿著吸管上升並停留在那裡嗎？
由於空氣無法從瓶子中流出，內部的氣壓保持液體水平恆定，並且可以在吸管中建立液柱。液體沿著吸管流回容器表明瓶口頂部的密封失效。如果發生這種情況，請確保橡皮泥在瓶頸處和吸管周圍形成氣密密封，然後重試。
液柱中的液位應達到可見吸管的大約一半高度。如果需要，使用滴管或注射器向吸管中新增更多酒精（這次無色酒精也可以）。
觀察吸管中的液位。此液位表示室溫。使用永久性記號筆在吸管上做一個小符號，指示此液位。
為了測試自制溫度計，用手握住瓶子的底部並觀察會發生什麼。要有耐心，容器中的液體可能需要一點時間才能適應新情況。吸管中的液位會發生變化嗎？變化很大還是隻是一點點？你認為這是為什麼？
當你大大加熱容器時，液位會變化多少？在一個小碗中加入一些中等熱度的自來水，並將你的溫度計容器放入水中。給溫度計一點時間來工作。吸管中的液位如何變化？它比你用手加熱瓶子時變化得更多嗎？一定要密切注意，如果液體上升到接近吸管頂端的水平，請將溫度計從水浴中取出。你認為什麼會導致液體溢位吸管邊緣？你可以改變溫度計的什麼來防止這種情況發生？
你期望當容器冷卻到低於室溫的溫度時會發生什麼？
將碗中的中等熱水換成冷水。向水中加入冰塊，使水冷卻至 0 攝氏度（32 華氏度）。將你的溫度計容器放入冰冷的水中，讓溫度計適應其新情況。發生了什麼？它與你預期的相似還是不同？這個測量結果可以幫助你為溫度計新增刻度嗎？
帶著你的溫度計在家中或院子裡巡視一下。記住給它時間來響應每個新環境，請記住，如果不同地方的溫度相對相似，則可能沒有明顯的差異。提示：尋找陽光直射的區域以獲得更高的讀數。有一個地方是最溫暖的嗎？最冷的地方呢？
附加題：藉助商店購買的溫度計，在你的溫度計上製作刻度（也稱為“校準”溫度計）。你是否可以利用酒精在這個溫度範圍內，每升高一度溫度，膨脹量相等的特性來使校準更容易？
附加題：你用特定吸管寬度製作了這個溫度計。嘗試製作一個相同的溫度計，現在使用更窄或更寬的吸管。你期望測量結果會有什麼不同？與你的第一個溫度計相比，這個新溫度計會更準確還是更不準確？
附加題：你在此溫度計中使用了外用酒精。嘗試製作一個相同的溫度計，現在使用水作為液體。與水在 0 攝氏度時結冰，100 攝氏度時沸騰不同，外用酒精在 -89 攝氏度時結冰，在 82.5 攝氏度時沸騰。你會選擇哪種液體來製作溫度計來測量冰櫃中的溫度？在廚房裡用爐灶烹飪食物呢？
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觀察和結果
你是否看到液體在你加熱容器時上升，在你冷卻它時下降？
隨著容器中液體的溫度升高，它會膨脹，液體唯一可以去的地方就是向上進入細管。如果液體的溫度降低，它會收縮，從而允許更多的液體聚集在容器中。然後細管中的液位會下降到較低的水平。一旦溫度計製成，細管中的每個液位都對應於完全相同的液體體積，因此，對應於完全相同的溫度。
更窄的管子（吸管）會導致更準確的溫度計，因為相同的液體膨脹或收縮將導致在更長的距離上的上升或下降。缺點是，窄吸管可能會降低溫度計可以達到的最高溫度。
各種液體都可以填充溫度計的容器。選擇液體溫度計時，需要考慮的因素包括液體每升高一度溫度的膨脹量以及其冰點和沸點。
清理
要處理溫度計中的外用酒精，請將酒精倒入水槽，並用大量自來水沖洗。充分沖洗，以免酒精殘留在管道中。
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