Lämpömittari on vastuussa lämpötilan mittaamisesta eri järjestelmissä, ja se on melko empiirisen alun tieteenala, koska Hippokratesen ajasta lähtien lääketieteen alalla kehojen lämpötilasta oli tietoisuus kosketuksen kautta ja koettu tunne se luokiteltiin "makeaan lämpöön" tai "palavaan kuumeen". Vasta vuotta myöhemmin, kun Galileo Galilei kehitti lämpömittarin vuosia myöhemmin, kun tämä tutkimusalue jätti empiiriset vedet, omaksutaan tieteellinen rooli.
Me kaikki tunnemme lämpömittarin välineenä kehon ja ympäristön lämpötilan mittaamiseen, mutta Kuinka se toimii? Mistä lämpömittarit tulivat? Mutta ennen vastaamista näihin kysymyksiin on tärkeää selvittää mittaamamme muuttujan käsite, tässä tapauksessa lämpötila.
Lämpötila, termometrisen asteikon perusyksikkö
Kun nimeät sanaa lämpötila, luultavasti ajattelit lämmön määrää, mutta ensin on kuitenkin otettava huomioon lämpö ei ole sama kuin lämpötila, vaikkakin tietysti molemmat muuttujat liittyvät läheisesti toisiinsa.
Lämpö on energiamäärä, jonka siirto liittyy lämpötilagradienttiin kahden järjestelmän välillä, mikä tarkoittaa, että lämpötila on muuttuja, joka määrää lämmön, mutta se ei ole itse lämpö. Lämpötila liittyy kineettiseen energiaan, mikä määrittelee hiukkasten liikkeen järjestelmässä, ja siinä määrin kuin hiukkasten liikkumisessa tapahtuu enemmän sekoitusta, sitä suurempi on niin sanottujen "termometristen vaakojen" tuottama suuruus.
Lämpömittari, lämpömittarin perusta
Kuten jo mainittiin, ensimmäisen lämpömittarin luoja oli Galileo Galilei, tämän instrumentin suunnittelu perustui pystysuoraan lasiputkeen, joka oli suljettu molemmista päistään ja joka sisälsi vettä, jossa useita suljettuja lasipalloja upotettiin., Värillisellä nesteellä. sisällä. Tämä mahdollisti lämpötilavaihtelujen ensimmäiset kirjaukset. Tässä ensimmäisessä lämpömittarissa käytetty neste oli vettä, mutta se korvattiin myöhemmin alkoholilla, koska hyvin matalissa lämpötiloissa oleva vesi saavutti jäätymispisteen, ja kun ilmakehän paine vaihteli, veden tason vaihtelut rekisteröitiin ilman, että tämä merkitsisi lämpötilan vaihtelu.
Vuosien 1611 ja 1613 välillä. Santorio sisällyttää numeerisen asteikon Galileon instrumenttiin. Tämä instrumentti ei kuitenkaan edelleenkään antanut tarkkoja tuloksia, koska mittausneste oli hyvin altis ilmakehän paineelle. Vuonna 1714 Daniel Fahrenheit sisällytti elohopean mittaukseen.
Elohopean käyttö edisti suurta edistystä instrumentin tarkkuudessa, koska lämpötilan aiheuttamat häiriöt olivat helposti havaittavissa suurella laajenemiskertoimella.
Lämpömittarin toimintaperiaate
Kun kaksi järjestelmän osaa joutuu kosketuksiin, voidaan odottaa, että molempien ominaisuuksissa esiintyy vaihteluita, jotka liittyvät niiden väliseen lämmönsiirtoon. Edellytykset, joiden on täytyttävä, jotta järjestelmä olisi lämpö tasapainossa, ovat seuraavat:
- Asianomaisten osapuolten välillä ei saa olla lämmönvaihtoa
- Mikään lämpötilasta riippuvista ominaisuuksista ei saa vaihdella.
Lämpömittari toimii Termodynamiikan nolla periaate, joka muodostaa kahden muuttujan välisen suhteen termisessä tasapainossa. Mikä tarkoittaa, että elohopea lämpötilan muutoksille alttiina nesteenä saavuttaessaan tasapainon kehon tai väliaineen kanssa, jonka lämpötila-arvon haluamme tietää, hyväksyy sen lämpötila-arvon.
Lämpömittarien kehitys
Kuten olemme jo maininneet, ensimmäinen visionääri tarpeesta määrittää mittausparametri Galileon instrumenttiin oli Santorio, joka perusti numeerisen asteikon ilman fyysistä järkeä. Tällä tapahtumalla oli kuitenkin suuri merkitys kehitettäessä sitä, mitä tunnemme nyt lämpömittarina.
Rømer-luokka
Rømer on asteikko, joka perustuu suolaveden jäätymiseen ja kiehumiseen. Tätä asteikkoa ei tällä hetkellä käytetä, koska se ei anna tarkkoja tuloksia.
Fahrenheit-asteikko
Daniel Fahrenheit oli teknisten laitteiden valmistaja, joka kirjoitti alkoholilämpömittarin vuonna 1709, ja vuosia myöhemmin hän valmisti ensimmäisen elohopeapohjaisen lämpömittarin. Tämä saksalaista alkuperää oleva keksijä kehitti mielivaltaisen nimensä mukaisen termometrisen asteikon, jolla on seuraavat ominaisuudet:
- Sillä ei ole negatiivisia arvoja, koska tuolloin ei ollut käsitteitä alle 0 lämpötiloista, tästä syystä veden kiehuminen tapahtuu 212 ° F: ssa ja sen jäätyminen 32 ° F: ssa.
- Se on varsin tarkka, koska se perustuu havaintoihin elohopealämpömittarissa, joka on melkein tasainen laajeneminen kyseisellä lämpötila-alueella.
- Tarkkuuslämpömittarilla Fahrenheit mitasi veden kiehumislämpötilan vaihtelua ympäristön paineolosuhteissa ja pystyi osoittamaan, että kiehumispiste on jokaisen nestemäisen aineen ominaisuus.
- Sen käyttö on levinnyt esimerkiksi Yhdysvalloissa ja Isossa-Britanniassa.
Celsius-asteikko
Lämpömittarien joukossa tämä sai aikaan suuren suosion. Sen keksi vuonna 1742 ruotsalainen tähtitieteilijä Andrés Celsius, joka kehitti sen ottamalla veden jäätymispisteen pienimmäksi arvoksi ja kiehumispisteen suurimmaksi arvoksi. Celsius suoritti sarjan 100 jakoa näiden kahden pisteen välillä.
Toisin kuin muut asteikot, sadasaste toimii 100 asteikolla, ja sen käyttöä on laajennettu kotitalouskäyttöön, koska tieteen alalla suositaan absoluuttisen Kelvin-asteikon käyttöä.
Absoluuttinen asteikko
Tätä asteikkoa kutsutaan "absoluuttiseksi", joka pohtii absoluuttisen nollan arvoa, ja sen merkitys on pohjimmiltaan tässä näkökohdassa, koska se ei riipu mielivaltaisista kiinteistä pisteistä, vaan esittää lämpötilan molekyylikineetiikan ilmentymänä. kohdassa, jossa molekyyliliikkeen lopettaminen määritettiin.
On tärkeää korostaa, että tämä lämpötila liittyy Celsius-asteikkoon, koska molemmat käsittelevät asteikon 100.
Rankine-asteikko
Vuonna 1859 insinööri William Rankine ehdotti tätä astetta, joka liittyy Fahrenheit-asteisiin, koska se käsittelee samaa asteikkoa, mutta tämä asteikko harkitsee absoluuttisen nollan läsnäoloa. Vastaavasti voidaan sanoa, että Celsius-Kelvin-suhde on luonteeltaan samanlainen kuin Fahrenheit-Rankine.
Muunnokset lämpömittarien välillä
Muunnosten käytöllä on suuri merkitys ongelmanratkaisun alalla, sen määrää se tosiasia, että emme voi ryhmittää erityyppisiä muuttujia. Ja koska eri tieteenaloja voidaan käsitellä eri lämpömittareilla, on luotu suhteita, jotka mahdollistavat arvojen muuntamisen.
- Fahrenheit (ºF) - Rankine (ºR)
ºF = ºR - 460
- Celsius (ºC) - Kelvin (ºK)
ºC = ºK - 273
- Celsius (ºC) - Fahrenheit (ºF)
ºC = (ºF-32) / 1,8