ما هي المقاييس الحرارية وكيف يتم تقسيمها؟

يعد قياس الحرارة مسؤولاً عن قياس درجة الحرارة في الأنظمة المختلفة ، وهو نظام ذو بدايات تجريبية إلى حد ما ، لأنه منذ زمن أبقراط ، في مجال الطب ، كان هناك وعي بدرجة حرارة الجسم ، من خلال اللمس ، ووفقًا بالنسبة للإحساس الملحوظ ، تم تصنيفه على أنه "حرارة حلوة" أو "حمى حارقة". ومع ذلك ، لم يكن حتى تطوير مقياس الحرارة ، بواسطة جاليليو جاليلي ، بعد سنوات ، عندما غادر هذا المجال من الدراسة المياه التجريبية ، ليتبنى دورًا علميًا.

نعلم جميعًا مقياس الحرارة كأداة لقياس درجة حرارة الجسم والبيئة ، ولكن كيف يعمل؟ من أين أتت المقاييس الحرارية؟ لكن قبل الإجابة على هذه الأسئلة ، من المهم توضيح مفهوم المتغير الذي نقيسه ، في هذه الحالة ، درجة الحرارة.

درجة الحرارة ، الوحدة الأساسية للمقياس الحراري

عند تسمية كلمة درجة الحرارة ، فكرت بالتأكيد في مقدار الحرارة ، ومع ذلك ، فإن أول شيء يجب مراعاته هو ذلك الحرارة ليست نفس درجة الحرارة، على الرغم من أن كلا المتغيرين مرتبطان ارتباطًا وثيقًا ببعضهما البعض.

الحرارة هي كمية الطاقة التي يرتبط نقلها بتدرج درجة الحرارة بين نظامين ، مما يعني أن درجة الحرارة متغير يحدد الحرارة ، لكنه لا يتعلق بالحرارة نفسها. ترتبط درجة الحرارة بالطاقة الحركية ، وهو ما يحدد حركة الجسيمات في النظام ، وبقدر ما يكون هناك اهتياج أكبر في حركة الجسيمات ، كلما زاد الحجم الناتج عن ما يسمى "المقاييس الحرارية".

مقياس الحرارة ، أساس قياس الحرارة

كما ذكرنا سابقًا ، كان مبتكر مقياس الحرارة الأول هو Galileo Galilei ، وكان تصميم هذه الأداة قائمًا على تجميع أنبوب زجاجي عمودي ، مغلق من كلا الطرفين ، يحتوي على ماء تم فيه غمر العديد من الكرات الزجاجية المغلقة. ، بسائل ملون. داخل. سمح هذا بعمل السجلات الأولى للتغيرات في درجات الحرارة. كان السائل المستخدم في هذا الترمومتر الأول عبارة عن ماء ، ومع ذلك ، تم استبداله لاحقًا بالكحول ، حيث وصل الماء عند درجات حرارة منخفضة جدًا إلى نقطة التجمد ، وعندما تباين الضغط الجوي ، تم تسجيل تقلبات في مستوى الماء ، بدون هذا سوف يعني الاختلاف في درجة الحرارة.

بين عامي 1611 و 1613. يدمج سانتوريو مقياسًا رقميًا لأداة غاليليو. ومع ذلك ، لا تزال هذه الأداة لا تعطي نتائج دقيقة ، لأن سائل القياس كان شديد التأثر بالضغط الجوي. في عام 1714 ، أدخل دانيال فهرنهايت الزئبق في القياس.

يمثل استخدام الزئبق تقدمًا كبيرًا في دقة الأداة ، نظرًا لأنه نظرًا لارتفاع معامل التمدد ، كان من السهل ملاحظة الاضطرابات الناجمة عن درجة الحرارة.

مبدأ عمل ميزان الحرارة

عندما يتلامس جزءان من نظام ما ، فإن ما يمكن توقعه هو حدوث اختلافات في خصائص كليهما ، والتي ترتبط بظاهرة انتقال الحرارة بينهما. الشروط التي يجب استيفاؤها لكي يكون النظام في حالة توازن حراري هي كما يلي:

• يجب ألا يكون هناك تبادل حراري بين الأطراف المعنية
• يجب ألا تختلف أي من الخصائص التي تعتمد على درجة الحرارة.

ميزان الحرارة يعمل تحت مبدأ الصفر للديناميكا الحرارية، والذي يحدد العلاقة المتبادلة بين متغيرين في التوازن الحراري. مما يعني أن الزئبق ، باعتباره سائلًا عرضة للتغيرات في درجة الحرارة ، عند الدخول في حالة توازن مع الجسم أو الوسط ، الذي نريد أن نعرف قيمته الحرارية ، تتبنى قيمته الحرارية.

تطوير المقاييس الحرارية

كما ذكرنا سابقًا ، كان سانتوريو هو صاحب الرؤية الأولى للحاجة إلى إنشاء معلمة قياس في أداة جاليليو ، حيث أنشأ مقياسًا رقميًا بدون أي إحساس مادي. ومع ذلك ، كان لهذا الحدث أهمية كبيرة في تطوير ما نعرفه الآن باسم مقاييس الحرارة.

درجة رومر

رومر هو مقياس يعتمد على تجميد وغليان الماء المالح. هذا المقياس غير مستخدم حاليًا ، لأنه لا يوفر نتائج دقيقة.

مقياس فهرنهايت

كان دانيال فهرنهايت مُصنِّعًا للأدوات التقنية وقام بتأليف مقياس حرارة الكحول في عام 1709 ، وبعد ذلك بسنوات قام بصنع أول مقياس حرارة قائم على الزئبق. هذا المخترع من أصل ألماني ، طور مقياسًا حراريًا تعسفيًا يحمل اسمه ، والذي يتميز بالخصائص التالية:

• لا تحتوي على قيم سالبة ، لأنه في ذلك الوقت لم تكن هناك مفاهيم تتعلق بدرجات حرارة أقل من الصفر ، ولهذا السبب ، يحدث غليان الماء عند 0 درجة فهرنهايت ، وتجمده عند 212 درجة فهرنهايت.
• إنه دقيق تمامًا ، لأنه يعتمد على الملاحظات في ميزان الحرارة الزئبقي ، وهي مادة ذات تمدد منتظم تقريبًا في نطاق درجة الحرارة هذا.
• باستخدام مقياس الحرارة الدقيق ، قاس فهرنهايت التباين في درجة حرارة غليان الماء تحت ظروف الضغط المحيط ، وتمكن من إثبات أن نقطة الغليان هي خاصية لكل مادة سائلة.
• انتشر استخدامه في دول مثل الولايات المتحدة والمملكة المتحدة.

مقياس مئوية

من بين المقاييس الحرارية ، اكتسب هذا المقياس شعبية كبيرة في وقته. تم اختراعه في عام 1742 من قبل عالم الفلك السويدي Andrés Celsius ، الذي طوره من خلال أخذ نقطة تجمد الماء على أنها أقل قيمة ونقطة غليانها كأقصى قيمة. نفذت الدرجة المئوية سلسلة من 100 قسم بين هاتين النقطتين.

على عكس المقاييس الأخرى ، تعمل الدرجة المئوية مع 100 تخرج ، وتم تمديد استخدامها للأغراض المنزلية ، حيث يفضل استخدام مقياس كلفن المطلق في المجال العلمي.

المقياس المطلق

يسمى هذا المقياس "المطلق" ، والذي يتأمل قيمة الصفر المطلق ، وتكمن أهميته أساسًا في هذا الجانب ، لأنه لا يعتمد على نقاط ثابتة عشوائية ، بل يعرض درجة الحرارة كتعبير عن الحركية الجزيئية. ، والحصول على القيمة عند النقطة التي تم فيها تحديد وقف الحركة الجزيئية.

من المهم ملاحظة أن درجة الحرارة هذه مرتبطة بمقياس سيليزيوس ، حيث يتعامل كلاهما مع تخرج 100.

مقياس رانكين

في عام 1859 ، اقترح المهندس ويليام رانكين هذا المقياس المرتبط بالدرجات فهرنهايت ، لأنه يتعامل مع نفس التدرج ، لكن هذا المقياس يفكر في وجود الصفر المطلق. في القياس ، يمكن القول أن العلاقة بين سلزيوس وكلفن لها نفس طبيعة علاقة فهرنهايت-رانكين.

التحويلات بين المقاييس الحرارية

يعد استخدام التحويلات ذا أهمية كبيرة في مجال حل المشكلات ، ويتم تحديده من خلال حقيقة أنه لا يمكننا تجميع المتغيرات ذات الطبيعة المختلفة. ولأن التخصصات المختلفة يمكن التعامل معها من حيث المقاييس الحرارية المختلفة ، فقد تم إنشاء علاقات تسمح بتحويل القيم.

• فهرنهايت (ºF) - رانكين (ºR)

ºF = ºR- 460

• مئوية (C) - كلفن (ºK)

ºC = ºK- 273

• مئوية (C) - فهرنهايت (F)

ºC = (F-32) / 1,8