A hőmérés felelős a hőmérséklet méréséért a különféle rendszerekben, és meglehetősen empirikus kezdetek tudományága, mivel Hippokratész kora óta az orvostudomány területén a testek hőmérsékletének ismerete volt tapintással, és az észlelt érzést "édes hőnek" vagy "égő láznak" minősítették. Azonban csak évekkel később, a Galileo Galilei általi hőmérő kifejlesztésekor, amikor ez a tanulmányi terület elhagyta az empirikus vizeket, tudományos szerepet vállalt.
Mindannyian ismerjük a hőmérőt, mint a test és a környezet hőmérsékletének mérésére szolgáló eszközt, de Hogyan működik? Honnan jöttek a hőmérők? De mielőtt megválaszolnánk ezeket a kérdéseket, fontos tisztázni az általunk mért változó fogalmát, ebben az esetben a hőmérsékletet.
A hőmérséklet, a hőmérő skálájának alapvető egysége
A hőmérséklet szó megnevezésekor biztosan a hőmennyiségre gondolt, azonban először is ezt kell figyelembe venni a hő nem azonos a hőmérséklettel, bár természetesen mindkét változó szorosan kapcsolódik egymáshoz.
A hő az az energiamennyiség, amelynek átadása két rendszer közötti hőmérsékleti gradienssel jár, ami azt jelenti, hogy a hőmérséklet egy változó, amely meghatározza a hőt, de nem maga a hő. A hőmérséklet összefügg a kinetikus energiával, amely meghatározza a részecskék mozgását a rendszerben, és amennyiben nagyobb a részecskék mozgása, annál nagyobb lesz az úgynevezett „hőmérők” ”.
Hőmérő, a hőmérés alapja
Mint már említettük, az első hőmérő készítője Galileo Galilei volt, ennek a készüléknek a kialakítása egy függőleges, mindkét végén zárt üvegcső összeállításán alapult, amely olyan vizet tartalmazott, amelyben több zárt üveggömb merült el. belül. Ez lehetővé tette az első feljegyzéseket a hőmérséklet-változásokról. Az első hőmérőben használt folyadék víz volt, azonban később alkohollal helyettesítették, mivel a nagyon alacsony hőmérsékletű víz fagypontot ért el, és amikor a légköri nyomás változott, a vízszint ingadozásait regisztrálták, anélkül, hogy ez hőmérsékletváltozás.
1611 és 1613 között. Santorio számszerű skálát épít a Galileo hangszeréhez. Ez a műszer azonban még mindig nem adott pontos eredményt, mivel a mérőfolyadék nagyon érzékeny volt a légköri nyomásra. 1714-ben Daniel Fahrenheit beépítette a higanyot a mérésbe.
A higany használata nagy előrelépést jelentett a műszer pontosságában, mivel magas tágulási együtthatóval a hőmérséklet okozta zavarok könnyen észrevehetők voltak.
A hőmérő működési elve
Amikor egy rendszer két része érintkezésbe kerül, elvárható, hogy mindkettő tulajdonságai megváltozzanak, amelyek a köztük lévő hőátadás jelenségéhez kapcsolódnak. A következő feltételeknek kell teljesülniük ahhoz, hogy egy rendszer hőháztartásban legyen:
- Az érintett felek között nem lehet hőcsere
- A hőmérsékletfüggő tulajdonságok egyike sem változhat.
A hőmérő a A termodinamika nulla elve, amely megteremti a két változó közötti összefüggést a hőegyensúlyban. Ami azt jelenti, hogy a higany, mint hőmérsékletváltozásra hajlamos folyadék, amikor a testtel vagy a közeggel egyensúlyba kerül, amelynek hőmérsékleti értékét szeretnénk tudni, elfogadja hőmérsékleti értékét.
Hőmérő mérlegek kidolgozása
Mint már említettük, a mérési paraméterek Galileo műszerében való létrehozásának szükségességének első látnoka Santorio volt, aki fizikai érzék nélkül számszerű skálát hozott létre. Ennek az eseménynek azonban nagy jelentősége volt a ma már hőmérő mérleg néven ismert fejlődésében.
Rømer fokozat
A Rømer egy skála, amely a sós víz fagyasztásán és forralásán alapul. Ez a skála jelenleg nincs használatban, mivel nem ad pontos eredményt.
Fahrenheit-skála
Daniel Fahrenheit műszaki műszerek gyártója volt, aki 1709-ben az alkoholhőmérő szerzője volt, majd évekkel később elkészítette az első higanyalapú hőmérőt. Ez a német eredetű feltaláló kifejlesztett egy önkényes hőmérő mérleget, amely a nevét viseli, és amelynek a következő jellemzői vannak:
- Nincs negatív értéke, mivel abban az időben még nem voltak elképzelések a 0 alatti hőmérsékletekről, ezért a víz forrása 212 ° F-on, fagyása pedig 32 ° F-on történik.
- Meglehetősen pontos, mivel a higany hőmérő megfigyelésein alapul, amely anyag szinte egyenletes tágulással rendelkezik ebben a hőmérsékleti tartományban.
- Precíziós hőmérőjével Fahrenheit környezeti nyomáson mérte a víz forráspontjának változását, és meg tudta állapítani, hogy a forráspont az egyes folyékony anyagok jellemzője.
- Használata olyan országokban terjedt el, mint az Egyesült Államok és az Egyesült Királyság.
Celsius skála
A hőmérő mérlegek közül ez a maga idejében nagy népszerűségre tett szert. 1742-ben találta ki Andrés Celsius svéd csillagász, aki úgy fejlesztette ki, hogy a víz fagyáspontját alacsonyabb értéknek, forráspontját pedig a legnagyobb értéknek tekinti. A Celsius 100 osztást végzett e két pont között.
A többi skálától eltérően a centigrade 100 fokozatossággal működik, és használatát meghosszabbították otthoni célokra, mivel a tudományos területen az abszolút Kelvin-skála előnyben részesítése.
Abszolút skála
Ezt a skálát "abszolút" -nak nevezik, amely az abszolút nulla értékét szemléli, és fontossága alapvetően ebben a szempontban rejlik, mivel nem független tetszőleges rögzített pontoktól függ, hanem inkább a hőmérsékletet mutatja be a molekuláris kinetika kifejezéseként. azon a ponton, ahol meghatározták a molekuláris mozgás megszűnését.
Fontos megjegyezni, hogy ez a hőmérséklet összefügg a Celsius-skálával, mivel mindkettő 100-as fokozatú.
Rankine skála
1859-ben William Rankine mérnök javasolta ezt a skálát, amely a Fahrenheit fokokkal függ össze, mivel ugyanazt az érettségit kezeli, azonban ez a skála magában foglalja az abszolút nulla jelenlétét is. Hasonlóképpen elmondható, hogy a Celsius-Kelvin kapcsolat ugyanolyan természetű, mint a Fahrenheit-Rankine.
Konverziók a hőmérők között
A konverziók használata nagy jelentőséggel bír a problémamegoldás terén, ezt az határozza meg, hogy nem csoportosíthatunk különböző jellegű változókat. És mivel a különböző tudományterületek különböző hőmérési skálák alapján kezelhetők, olyan kapcsolatok jöttek létre, amelyek lehetővé teszik az értékek átalakítását.
- Fahrenheit (ºF) - Rankine (ºR)
ºF = ºR-460
- Celsius (ºC) - Kelvin (ºK)
ºC = ºK-273
- Celsius (ºC) - Fahrenheit (ºF)
ºC = (ºF-32) / 1,8