مقياس الحرارة
مقياس الحرارة Thermometerهو أداة صغيرة تُستخدم لقياس درجات حرارة الغازات والسّوائل والمواد الصلبة. ويستعمل المحرار (مقياس درجة الحرارة) كثيرا في الطب لقياس درجة حرارة المرضى ومتابعة رعايتهم الصحية. وفي العالم الغربي لا يخلو بيت من المحرار الطبي للطوارئ، كما تستخدم أنواع أخرى لقياس درجة حرارة الطقس، وتوضع هذه في الخارج (خارج النوافذ أو الأبواب). إذ لها أهميتها من ناحية معرفة نوع الملبس الملائم للخروج.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
أصل التسمية
من الكلمة اليونانية thermo بمعنى حرارة، وكلمة meter بمعنى قياس.
تاريخ تطور المحرار
إن أول من ابتكر المحرار (مقياس الحرارة) هو العالم الإيطالي جاليليو في القرن السادس عشر، لكنه كان ضخماً ويتطلب وقتاً طويلاً لقياس الحرارة، وكان من الصعب نقله من مكان لآخر.
ابتكر جابريل فهرنهايت محرارا آخر في القرن الثامن عشر، كان أصغر في الحجم، لكنه ظل وسيلة غير عملية لقياس الحرارة.
أما أول مقياس شبيه بالأنواع المستخدمة حالياً فهو من ابتكار العالم الإنجليزي توماس كليفورد ألبوت في العام 1876.
- اعتمد عمل هذا المحرار ولأول مرة على استخدام الزئبق ومقارنة درجة تمدده بدرجة حرارة الجسم، كما بلغ طوله حوالي 15 سم.
فكرة عمل المحرار (مقياس الحرارة)
وقد بُني المحرار على أساس الحقيقة العلمية أن الخواص الفيزيائية للمواد تتغيّر بتغيُّر درجات الحرارة، مثل تمدد الجسم بارتفاع درجة حرارته.
وتشمل الخواص الفيزيائية للمادة المتغيّرة مع درجة الحرارة، حجم السائل، وحجم الجسم الصلب ،وأكبر تغير يحدث يحدث بتغير حجم العازات مع درجة الحرارة، إذ يزيد حجم الغاز بنسبة 1/273 من حجمة لكل درجة مئوية يرتفعها أو لكل درجة كلفن. ومن الخواص الأخرى التي تتغير بتغير درجة الحرارة المقاومة، أي مقاومة سريان التيار الكهربائي في المواد والفلزات.
أنواعه
وهناك عدة أنواع من المحارير نذكر الأساسية منها:
- المحارير التشويهية (ثنائية الفلز)
- المحارير الكهربائية
- المحارير الرقمية
- المحارير الأحادية الاستعمال
- محارير البلور السائِل
ترمومتراتُ السائِل ذي الغلاف الزجاجي
وهي أشهر أنواع الترمومترات. وتشمل هذه المجموعة الترمومترات المستخدمة في قياس درجات الحرارة داخل المباني وخارجها، وقياس درجة حرارة الأجسام، كذلك تقدير درجات الحرارة أثناء الطبخ. ويعدّ الزئبق أكثر السوائل استخدامًا في هذا النوع من الترمومترات. ويستعمل الكحول في المناطق التي تنخفض فيها درجات الحرارة بصورة دَوْرية لتصل إلى أقل من درجة حرارة تَجَمُّد الزئبق، أي أقل من -39°م. ويُملأ السائل سواء أكان زئبقًا أم كحولاً بصيلة الترمومتر التي تَتصل بأنبوب زجاجي محكم القفل مملوء جزئيًّا بالسائل. ويتمدد السائل ويزداد حجمه عند رفع درجة حرارته، وبهذا يرتفع مستواه في الأنبوب الزجاجي. ويوجد على السطح الخارجي للترمومتر تدريج حراري.
الترمومترات التشويهية (ثنائية الفلز)
هي الترمومترات التي يتغيّر شكلها نتيجة ارتفاع أو انخفاض درجة الحرارة. ويوجد نوعان من هذه الترمومترات هما: الثنائي الفلز وأنبوب بوردون. والترمومتر الثنائي الفلز، هو الأكثر شيوعًا، ويتألف من شريحتين فلزيتين مختلفتين مثل الحديد والنحاس، وتُثبَّتُ الشريحتان معًا لِيُكوِّنا قضيبًا واحدًا. وعند ارتفاع درجة الحرارة، يتمدد كلا الفلزين، ولكنّ معدل تمدد كل منهما يختلف عن الآخر، ويؤدي ذلك إلى انحناء القضيب. ويتسببُ انحناءُ القضيب في تحرك المؤشر إلى أعلى أو إلى أسفل مقياس الحرارة مشيرًا إلى التغيُّر في درجة الحرارة. ومن أشهر أنواع الترمومترات ثنائية الفلز المرسمة الحرارية، وتحتوي على قلم لتسجيل تغيرات درجة الحرارة.
والنوع الثاني من الترمومترات التَّشويهيَّة هو ترمومترات أنابيب بوردون، وهي عبارة عن أنابيب فلزية مقوّسة قابلة للانثناء مملوءة بسائل كالجليسرول والزِّيلين. وعند ارتفاع درجة الحرارة فإن السائل يتمدد، ويصاحب التمدد استقامةُ الأنبوب حتى يتكيف مع الزيادة في حجم السائل. ويثبت في نهاية الأنبوب قلم أو مؤشر ليدل على درجة الحرارة.
الترمومترات الكهربائية
تشمل الترمومترات الكهربائية كلا من المزدوجات الحرارية وترمومترات المقاومة. والمزدوجات الحرارية أكثر أنواع هذه المجموعة استخدامًا، وتتألف من سِلْكَين فلزيين مختلفين يفتل طرفاهما معا لتكوين وصلتين. ويطلق على إحدى هاتين الوصلتين الوصلة المرجعية ، وتكون عند درجة حرارة ثابتة هي في العادة درجة حرارة الصفر المئوي. ويتولّد بين السلكين قدر صغير من فرق الجُهد وذلك بمجرد تغير درجة حرارة الوصلة الأخرى. ويقاس فرق الجهد بمقياس يطلق عليه مقياس المليفولت والذي يحتوي في العادة على تدريج لدرجات الحرارة. وتصنع الأسلاك الفلزية لمعظم المزدوجات الحرارية المستخدمة لقياس درجة حرارة الجو غالبا من النحاس وسبيكة يطلق عليها كُونسْتانْتان. أما أسلاك المزدوجات الحرارية المستخدمة في قياس درجات الحرارة العالية والتي ربما تصل إلى 2,800°م فتكون من فلزات أخرى يمكنها تحمل درجات الحرارة العالية. انظر: المزدوجة الحرارية.
وتُصنع ترمومترات المقاومة من مواد فلزية مثل النحاس أو النيكل أو البلاتين. ويعتمد أساس عمل هذه الترمومترات على اختلاف أو تغير المقاومة الكهربائية للفلزات مع تغير درجات الحرارة. انظر: الدائرة الكهربائية. ويقاس في هذه الترمومترات التغير في المقاومة الكهربائية للفلز الناشئة عن تغير درجة الحرارة ويُترجم التغير في المقاومة إلى درجات حرارة. ويستخدم العلماء ترمومترات المقاومة البلاتينية لضبط جميع أنواع الترمومترات الأخرى والتأكد من دقتها. كما تُستخدم ترمومترات المقاومة البلاتينية ذات الدقة العالية لقياس درجات الحرارة في مدى يتراوح بين 259,35°م تحت الصفر و 961,78°م على المقياس العالمي لدرجة الحرارة لعام 1990م. ويتميز المقياس العالمي لدرجة الحرارة بأنه مرجع عالمي موحد لقيم درجات الحرارة. الترمومترات الرقمية. تُستخدم الترمومترات الرقمية الدوائر والأجهزة الإلكترونية لبيان درجة الحرارة. وفي هذه الترمومترات تظهر قراءة درجة الحرارة في صورة أرقام. وتقيس الترمومترات الرقمية درجات الحرارة عن طريق أداة دقيقة بها يطلق عليها المسْبار. ويصنع المسبار إما من مادة فلزية كالنحاس أو البلاتين أو من إحدى المواد شبه الموصلة. انظر: شبه الموصل. وتتسَّبب تغيرات درجة الحرارة في تغيرات كبيرة في المقاومة الكهربائية لهذه المواد. ومعظم أشباه الموصلات أكثر حساسية لتغير درجات الحرارة مقارنة بالفلزات.
يُوصَّل المسبار إلى دائرة إلكترونية، وتستقبل الدائرة قراءات درجة الحرارة من المسبار في صورة إشارات كهربائية. وتُحوَّل الإشارات الكهربائية إلى أرقام تظهر على نافذة عرض.
الترمومترات أحادية الاستعمال. هي الترمومترات المستخدمة لقياس درجة حرارة الإنسان. وتتميز هذه الترمومترات بأنها أقل تكلفة في تصنيعها من الترمومترات العادية، ولهذا فإنها تتوافر بأسعار مقبولة.
وتفقد هذه الترمومترات دِقَّتها بعد استخدامها لمرة واحدة، ولكن يصنع في الوقت الحالي عدد قليل من هذه الترمومترات يمكن إعادة استخدامه عدة مرات قبل التخلص منه.
تُصنع بعض هذه الترمومترات من مواد تنصهر عند درجة حرارة معينة، وبعضها الآخر يُصنع من مواد يطلق عليها اسم السوائل البلورية وهي تغير مظهرها عند درجة حرارة معينة. انظر: البلورة.
التدريجات الحرارية
تُنتَج بعض الترمومترات باستخدام تدريج فهرنهيتي، بينما تُنتج معظم الترمومترات الحرارية بتدريج مئوي. وعلى الرغم من أن بعض الترمومترات وبخاصة في الولايات المتحدة الأمريكية تستخدم تدريجًا فهرنهيتيًّا إلا أن هناك بعض الترمومترات التي تحمل كلاًّ من التدريجين المئوي والفهرنهيتي معاً. وتستخدم معظم ترمومترات الأغراض العلمية مقياس كلفن.
يتجمد الماء في التدريج المئوي عند درجة حرارة الصفر، ويغلي عند درجة الحرارة 100°م. ويستخدم مقياس كلفن للقياس في الأغراض العلمية، ويتجمد الماء في هذا المقياس عند درجة حرارة 273ك ويغلي عند درجة حرارة 373ك. بينما يتجمد في التدريج الفهرنهيتي عند درجة 32°ف ويغلي عند درجة 212°ف. انظر: الأوزان والمقاييس.
تُبنى كل مقاييس الحرارة حاليًا على أساس مقياس الحرارة العالمي الذي وضع عام 1990م. وتتحدد درجات الحرارة على هذا المقياس عن طريق سلسلة من الدرجات الثابتة تُسمى حالات التوازن وهي ذات قيم محددة، وتُبيّن درجات الحرارة بوحدات مئوية أو كلفنية، كما يمكن تحويلها إلى المقاييس الأخرى لدرجات الحرارة.
مقاييس جديدة لدرجة الحرارة
توجد طريقة جديدة لقياس درجة حرارة الاجسام تعتمد على تأثر بعض المواد الكيميائية بالحرارة وتغير لونها. وقد طبقت تلك الظاهرة في الكاميرات الحرارية التي تلتقط صورا تشبه الصور الفوتغرافية مع الفارق فبدلا من أن تري اختلافات الضوء والظل فهذه الكاميرات تري الأشياء طبقا لدرجة حرارتها وتعطي صورة ملونة لها بحيث يعطينا كل لون درجة حرارة معينة. وتستخدم آلات التصوير هذه مثلا لمعرفة أماكن تسرب الحرارة من المباني. ففي البلاد الباردة تعتمد درجة حرارة في البيوت على التدفئة، إما التدفئة المركزية أو بتسخين الدفايات. وتستهلك هذه الكثير من الوقود كلما كان تسرب الحرارة إلى الخارج كبيرا. ولمعرفة الحوائط والجدران التي تتسرب منها الحرارة، تلتقط آلات التصوير الحرارية الصور الملونة طبقا لدرجات الحرارة، وعن طريقها يمكن وضع خطة لعزل تلك الحوائط المسربة للحرارة، وذلك بتغطيتها بطبقة عازلة من الخارج.
كما يمكن بواسطتها البجث عن المفقودين من الاطفال إذا ما تاه أحد الاطفال في منطقة نائية. أو في حالة هروب أحد المساجين ولجوئه إل غابة قريبة. تقوم المروحيات بتصوير المنطقة بآلات التصوير الحرارية، وهي تستبين الأشخاص وتميزهم عما يحيط بهم من أشجار أو مباني بكشفها لحرارة أجسامهم البالغة 37 درجة مئوية.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
انظر أيضا
- Automated airport weather station
- Timeline of temperature and pressure measurement technology
- Temperature conversion
المصادر
- History Channel - Invention - Notable Modern Inventions and Discoveries
- About - Thermometer - Thermometers - Early History, Anders Celsius, Gabriel Fahrenheit and Thomson Kelvin.
- Thermometers and Thermometric Liquids - Mercury and Alcohol.
- The NIST Industrial Thermometer Calibration Laboratory
قراءات إضافية
- Middleton, W. E. K. (1966). A history of the thermometer and its use in meteorology. Baltimore: Johns Hopkins Press. Reprinted ed. 2002, ISBN 0801871530.
- The NIST Industrial Thermometer Calibration Laboratory
وصلات خارجية
| Measuring instruments (temperature)
]].- History of Temperature and Thermometry
- The Chemical Educator, Vol. 5, No. 2 (2000) The Thermometer—From The Feeling To The Instrument