Болометр

Определение "Болометр" в словаре Брокгауза и Ефрона

Болометр — физический прибор, служащий для измерения лучистой теплоты, придуманный американским ученым Лангле (Langlay). Физические исследования тепловых явлений нуждаются в чувствительных и точных измерителях нагревания и охлаждения тел. Если источник тепла находится вдали, то он может действовать на прибор лишь тепловыми лучами, которые на больших расстояниях от источника нагревают очень слабо. Обыкновенные термометры требуют для своего нагревания слишком долгого времени, поэтому для измерения слабой лучистой теплоты употребляется обыкновенно термомультипликатор (см. это сл.), прибор, впервые устроенный итальянским физиком Меллони. Но постоянно увеличивающаяся надобность во все более и более точных измерителях тепловых лучей дала повод Лангле искать устройство прибора, который был бы чувствительнее мультипликатора. В его приборе теплота действует на металлическую пластинку или проволоку, по которой проходит гальванический ток. Результат такого действия, уже и прежде известный, заключается в том, что при нагревании проволоки проходящий в ней ток ослабевает, с восстановлением первоначальной ее температуры он получает прежнюю силу, а с охлаждением ее усиливается. Явление усиления и ослабевания проходящего тока при изменении температуры проволоки объясняется происходящим от того изменением сопротивления проводника тока. Так как сила гальванического тока измеряется его действием на подвижную магнитную стрелку, составляющую часть гальванометра (см. это сл.), то при действии тепла на проволоку магнитная стрелка будет более или менее отклоняться от первоначального своего положения. Для того, чтобы стрелка приходила в движение при очень малом изменении температуры проволоки, надо употребить особенное расположение проволок, проводников гальванического тока, схематически представленное на черт. 1.

Черт. 1. Черт. 2.

Пусть ab, bc, cd, da изображают четыре проволоки одинаковой толщины или четыре части одной и той же изогнутой проволоки. Противоположно лежащие точки d и b соединены проводником с гальванометром G, а другие две противоположные точки, a и c, находятся в соединении с гальваническою батареею Е. При таком расположении проводников часть гальванического тока, дошедшего до b, направляется в гальванометр, и также часть тока от точки d идет в гальванометр, но с противоположной стороны. От действия первой части магнитная стрелка гальванометра отклонилась бы в некоторую сторону, но действие второй части тока стремится сообщить стрелке отклонение в противоположную сторону. В результате стрелка отклонится в одну из сторон, если обе рассматриваемые части тока неравны между собою, или останется в покое, если взаимно противоположные токи, проходящие в гальванометр, равны между собою. Это последнее случится, если длины частей проволоки abcd находятся в следующих отношениях между собою: ab: bc = ad: de.

Если проволока не повсюду одинаковой толщины и не одинакового материала, то надо, чтобы сопротивления названных частей находились в указанных отношениях. Расположение проволок, удовлетворяющее сказанному условию пропорциональности, носит название мостика Витстона (см. это сл.).

Если одна из четырех проволок, напр. ab, будет нагрета, отчего ее сопротивление увеличится, то пропорциональность нарушится и стрелка в гальванометре отклонится от первоначального положения; три проволоки должны быть закрыты от теплового действия источника. Для чувствительности этого прибора нужно, чтобы проволока представляла большое сопротивление и чтобы она быстро принимала и отдавала теплоту; по этим двум причинам надо, чтоб она была чрезвычайно тонка. Вместо проволоки можно употребить очень тонкую металлическую пластинку. Гальванометр должен быть очень чувствителен, т. е. его стрелка должна отклоняться уже при очень слабом токе. Соединение вышеописанной системы проводников с гальванометром, приноровленное к измерению слабой лучистой теплоты, называется болометром. Что касается расположения проволок или пластинок в болометре, то оно отличается по внешнему виду от схемы, изображенной на черт. 1, но объясненная пропорциональность четырех частей проводника должна быть соблюдена, равно как и четыре точки соприкосновения между ними должны быть сохранены. Лангле описал в подробности свой болометр в отчетах Американской академии ("American Academy of Arts and Sciences", vol. XVI, 1881). Его мемуар, читанный в Американском метеорологическом обществе в декабре 1880 г., помещен в переводе на французский язык в "Annales de Chimie et de physique" (т. X XIV, 1881, стр. 275—284). Главная цель Лангле состояла в изучении распределения теплоты в различных частях солнечного спектра, как видимых в промежутке от крайнего красного конца до крайнего фиолетового, так и неощутительной для зрения темной тепловой части вне красного края спектра. Результаты этих исследований изложены в статьях спектр, лучистая теплота, энергия солнечная, здесь же рассматривается устройство и степень чувствительности болометра. Лангле употреблял для своего прибора полоски, вырезанные из очень тонких металлических листиков, полученных плющильными машинами; чем тоньше металлическая полоска, тем больше ее сопротивление при той же длине и ширине и тем скорее она принимает изменения температуры. Фабриканты доставили Лангле листочки плющеной стали толщиною в 0,05 мм, т. е. тоньше обыкновенной почтовой бумаги, которой толщину можно считать в 0,08 мм, но эту сталь можно было довести до тонины 0,002 мм; 40 таких листочков, положенных один на другой, составили бы толщину одного обыкновенного почтового листка. Металлы — сталь, платина и палладий — оказались наилучше соответствующими цели. Из них были вырезаны пластинки в ½ мм ширины, 5 ½ мм длины и около 1/5 мм толщины; двадцать таких пластинок были расположены рядами, подобно тому, как для 10 схематически показано на чертеже 2; каждые 10 пластинок представляли площадь около ⅛ кв. сантиметра.
Все вместе было сгруппировано, как показано на черт. 3, изображающем мостик Витстона, который по сравнению с чертежом 1 обозначен в соответственных местах теми же буквами.

Черт. 3.

Точки d и b соединены с гальванометром G, точки а и с с гальваническою батареею Е. В ветвях cd к cb находятся вышеупомянутые полоски: десять в n и столько же в m: сопротивления частей cd, cb, и ad, ab должны составлять вышеуказанную пропорциональность, так что когда все части прибора находятся при одной и той же температуре, стрелка гальванометра G остается в покое. Когда же поверхности пластинок n или m получают лучистую теплоту, сопротивление их тотчас увеличивается и ток отклоняет стрелку. Вся эта система помещена в пустой трубке из непроводящего вещества, которая закрыта с одного конца крышкою; когда цилиндр повернут в сторону источника лучистой теплоты, крышку снимают. Лучи попадают лишь на пластинки n, a m остаются в тени, или наоборот. Этот инструмент принимает теплоту очень быстро; пластинки нагреваются меньше чем в одну секунду, тогда как в термомультипликаторе для этого нужно несколько минут. Лангле на основании опытов полагает, что его прибор показывает изменения температуры пластинок в 1/100000 градуса Ц. (1/125000 градуса Реомюра). Такой необыкновенной чувствительности не достигал ни один термомультипликатор. Необыкновенная малость такого нагревания становится очень наглядною, если сказать, что луч, идущий из какого бы то ни было источника и производящий заметное отклонение стрелки в гальванометре в продолжение одной секунды, если б был направлен на кусочек льда весом в 1 грамм (т. е. менее ¼ золотника), должен бы действовать непрерывно целый год, чтобы растопить этот кусочек. Употребление этого прибора требует чрезвычайно постоянной батареи, так как гальванический ток, ею производимый, сам производит нагревание всех частей тока и малейшее изменение силы тока изменяет нагревание, что само по себе уже вызывает отклонение магнитной стрелки.

Если болометр назначается для исследования распределения теплоты в спектре, то в нем должна быть всего одна подвергаемая нагреванию узкая полоска; такой Б. называется линейным. В таком болометре Лангле длина металлической полоски была около 10 мм, а толщина от 1/100 до 1/1000 мм, а ширина или 1 мм, или только 1/25 мм; полоска при второй ширине представляла нагреваемую поверхность менее половины кв. мм. Линейный Б. Лангле показывал нагревание в одну миллионную часть градуса ("Annales de Chimie et de Physique", sixieme s é rie, т. IX, 1886, p. 455). Прибор такой необыкновенной чувствительности, конечно, обратил на себя внимание ученых: Онгстрём, Юлиус, Рубенс, Роб. Гельмгольц (сын знаменитого физиолога и физика Г. Гельмгольца) устраивали болометры для своих опытов, но не могли достигнуть такой степени чувствительности, как Лангле; Роб. Гельмгольц определяет, что чувствительность его прибора была от 5 до 8 раз меньше, чем у Лангле; причина такого большого различия заключается главнейше в недостаточной чувствительности гальванометра, которым пользовался Р. Гельмгольц. Но система пользования мостиком Витстона, предложенная Гельмгольцем и обещающая учетверить чувствительность прибора, заслуживает внимания. Ср. Робер. фон Гельмгольц, "Die Licht und W ärmestrahlung verbrennender Gase" (1890, in 4°).

Ф. Петрушевский.