ما هي المقاييس الحرارية؟

ال المقاييس الحرارية هي تلك المستخدمة للإشارة إلى درجة الحرارة بناءً على نقاط مرجعية معينة. يتم قياس درجة الحرارة بمساعدة الأدوات القائمة على خاصية واحدة أو أخرى للمادة التي تختلف مع درجة الحرارة. تتم معايرة هذه الأدوات وفقًا لمقياس درجة الحرارة المقبول عمومًا.

عند تصميم مقياس درجة حرارة معين ، تنشأ صعوبات بسبب حقيقة أن خصائص كل مادة تتغير في نفس نطاق درجة الحرارة بطريقة مختلفة.

يعتمد تصميم العديد من موازين الحرارة ، على سبيل المثال ، على ظاهرة تمدد السائل مع زيادة درجة الحرارة. تشتمل هذه الأنواع على موازين الحرارة السائلة (الزئبق أو الكحول) ، التي يرتفع فيها طول العمود السائل مع زيادة درجة الحرارة.

يختلف معامل التمدد الحراري لنفس السائل في درجات حرارة مختلفة ، مما يجعل من الصعب تحديد مقياس درجات الحرارة.

نقطة انعطاف المقاييس الحرارية: مئوية

في عام 1742 ، اقترح الفلكي السويدي Anders Celsius تخصيص درجة حرارة 0 درجة مئوية إلى نقطة انصهار الجليد و 100 درجة مئوية إلى نقطة غليان الماء ، وبالتالي تقسيم المسافة بين النقطتين إلى مائة فاصلة متساوية.

ومع ذلك ، إذا تم تقسيم عمود الزئبق ، الذي يملأ المسافة بين نقطة انصهار الجليد ونقطة غليان الماء ، إلى 100 فاصل زمني متساوي مع مراعاة اعتماد معامل تمدد الزئبق على درجة الحرارة ، يحدث أن نفس الزيادة في طول عمود الزئبق سوف تتوافق مع زيادات مختلفة في درجة الحرارة.

باختصار ، فإن قيمة تقسيم مقياس درجة حرارة موحد على أساس السوائل الحرارية المختلفة ستكون مختلفة.

على سبيل المثال ، إذا كان مقياس الحرارة ممتلئًا بالماء ، وعندما يتم تسخين مقياس الحرارة هذا من نقطة انصهار الجليد ، تتم ملاحظة ظاهرة غريبة: فبدلاً من الارتفاع مع زيادة درجة الحرارة ، ينخفض ​​عمود الماء إلى ما دون المستوى 0 ، المقابلة لنقطة انصهار الجليد.

والسبب هو أن كثافة الماء عند الضغط الجوي أعلى من درجة حرارة 3.98 درجة مئوية. لذلك ، عند تسخينها من 0 إلى 3.98 درجة مئوية ، ينخفض ​​حجم الماء الذي يملأ ميزان الحرارة.

في الماضي ، تم وضع مقاييس درجات الحرارة بناءً على مواد حرارية مختلفة ، ولكن اكتشف فيما بعد أن الغاز كان أحد أكثر المواد الحرارية ملاءمة.

تاريخ ميزان الحرارة

فكرة قياس درجة الحرارة جديدة تمامًا. كان هناك العديد من المخترعين الذين يعملون حول مقاييس الحرارة في حوالي عام 1593 ، ولكن أشهرها كان جاليليو غاليلي ، المخترع الإيطالي الذي قام أيضًا بتحسين التلسكوب.

يمكن أن يظهر مقياس الحرارة اختلافات في درجة الحرارة ، مما يسمح للمراقبين بمعرفة ما إذا كان هناك شيء أكثر حرارة أو برودة. ومع ذلك ، لا يمكن أن يوفر مقياس الحرارة درجة حرارة محددة بالدرجات.

في عام 1612 ، أضاف المخترع الإيطالي سانتوريو سانتوريو مقياسًا رقميًا في منظاره الحراري ، والذي اعتاد أن يأخذ درجة حرارة الإنسان فيه.

اخترع فرديناند الثاني ، دوق توسكانا الكبير ، في عام 1654 أول مقياس حرارة مغلق ، باستخدام الكحول كسائل. لكنها ما زالت تفتقر إلى مقياس موحد ، ولم تكن دقيقة للغاية.

في الوقت نفسه ، التقى الفيزيائي الألماني دانييل غابرييل فهرنهايت مع أولوس رومر ، وهو عالم فلك دنماركي ، طور ميزان حرارة يعتمد على الكحول مع النبيذ. سجل نقطتين في ميزان الحرارة: 60 درجة حرارة الماء المغلي و 7.5 نقطة حيث ذاب الجليد.

في عام 1714 ، صقلت فهرنهايت اختراع رومر وطورت أول مقياس حرارة حديث: مقياس الحرارة الزئبقي مع المزيد من القياسات المكررة. يتوسع الزئبق أو يتقلص مع ارتفاع درجة الحرارة أو انخفاضها.

كان فهرنهايت قد اخترع ميزان حرارة الكحول في عام 1709 ، قبل معرفة نظيره من الزئبق ، والتي تبين أنها أكثر دقة.

المقاييس الحرارية المختلفة

على مر القرون ، تم وضع مقاييس حرارية لا حصر لها لقياس كمية درجات الحرارة. تم التخلي عن العديد من هذه المقاييس منذ فترة طويلة. الأكثر انتشارا موصوفة أدناه.

مقياس درجة حرارة مئوية (درجة مئوية)

هذا المقياس الذي أطلق عليه العالم السويدي Anders Celsius (1701-1744) ، أصبح معيارًا دوليًا. المقياس "مئوي" ، وهذا يعني أنه مقسم إلى 100 جزء متساوي ، يسمى كل منها "درجة مئوية" أو "درجة مئوية" ، ورمزها هو ºC. يتم تعيين القيمة 0 بشكل تقليدي إلى درجة حرارة انصهار الجليد والقيمة 100 لدرجة حرارة الماء المغلي.

فهرنهايت مقياس الحرارة

يدين هذا المقياس بالعالم دانييل غابرييل فهرنهايت (1686-1736). يستخدم الآن بشكل رئيسي في الولايات المتحدة والمملكة المتحدة (وإن لم يكن رسميًا). يتم تقسيم المقياس إلى 180 جزءًا متساويًا ، يُسمى كل منها فهرنهايت ، والذي يرمز إلى ºF. يتم تعيين القيمة 32 إلى درجة حرارة الجليد والقيمة 212 إلى درجة حرارة الماء المغلي ، وكلاهما للضغط الجوي لمستوى البحر.

ميزان الحرارة Réaumur

اخترع هذا النطاق العالم الفرنسي رينيه أنطوان فيركولت دي ريومور (1683-1757). وهي مقسمة إلى 80 جزءًا متساويًا ، يُسمى كل منها درجة Réaumur ، والتي يكون رمزها º R. يتم تعيين القيمة 0 لدرجة حرارة انصهار الجليد والقيمة 80 لدرجة حرارة الماء المغلي ، وكلاهما عند الضغط الجوي لمستوى الماء. بحر.

مقياس حراري مطلق (كلفن)

تم تطويره من قبل العالم البريطاني اللورد كلفن (1824-1907) ، وهو رائد في الديناميكا الحرارية ، ويستخدم هذا المقياس درجة كلفن. تمثل درجة الصفر كيلفن ، والمعروفة أيضًا باسم "الصفر المطلق" ، أدنى درجة حرارة ممكنة وفقًا لنظرية الديناميكا الحرارية. تساوي -273.16 درجة مئوية.

الوحدات على مقياس كلفن هي بنفس حجم الوحدات على مقياس درجة مئوية ، باستثناء أن مقياس كلفن يحدد أدنى درجة حرارة عند 0.

مراجع

1. كيم آن زيمرمان. درجة الحرارة: حقائق ، التاريخ والتعريف. (سبتمبر 2013). livescience.com.
2. قياس درجة الحرارة: مقدمة في قياس درجة الحرارة (s.f.) omega.com.
3. مقياس درجة الحرارة المطلقة (أغسطس 2008). موسوعة بريتانيكا. britannica.com.
4. درجة الحرارة وقياسها. (بدون تاريخ). nextgurukul.in.