เครื่องชั่งแบบเทอร์โมเมตริกคืออะไรและแบ่งอย่างไร?

Thermometry มีหน้าที่ในการวัดอุณหภูมิในระบบต่าง ๆ และเป็นระเบียบวินัยของการเริ่มต้นเชิงประจักษ์เนื่องจากตั้งแต่ช่วงเวลาของฮิปโปเครตีสในด้านการแพทย์มีการรับรู้ถึงอุณหภูมิของร่างกายผ่านการสัมผัสและตาม ความรู้สึกที่รับรู้นั้นจัดอยู่ในประเภท "ความร้อนระอุ" หรือ "ไข้แสบร้อน" อย่างไรก็ตามมันยังไม่ถึงการพัฒนาเทอร์โมมิเตอร์โดยกาลิเลโอกาลิเลอีหลายปีต่อมาเมื่อสาขาการศึกษานี้ออกจากน่านน้ำเชิงประจักษ์เพื่อนำมาใช้บทบาททางวิทยาศาสตร์

เราทุกคนรู้จักเทอร์โมมิเตอร์เป็นเครื่องมือในการวัดอุณหภูมิของร่างกายและสภาพแวดล้อม แต่ มันทำงานอย่างไร? เครื่องชั่งแบบเทอร์โมเมตริกมาจากไหน? แต่ก่อนที่จะตอบคำถามเหล่านี้สิ่งสำคัญคือต้องชี้แจงแนวคิดของตัวแปรที่เรากำลังวัดในกรณีนี้คืออุณหภูมิ

อุณหภูมิหน่วยพื้นฐานของมาตราส่วนเทอร์โมเมตริก

เมื่อตั้งชื่อคำว่าอุณหภูมิคุณต้องนึกถึงปริมาณความร้อนอย่างแน่นอนอย่างไรก็ตามสิ่งแรกที่ต้องพิจารณาก็คือ ความร้อนไม่เหมือนกับอุณหภูมิแม้ว่าตัวแปรทั้งสองจะเชื่อมโยงกันอย่างใกล้ชิด

ความร้อนคือปริมาณพลังงานที่การถ่ายเทมีความสัมพันธ์กับการไล่ระดับอุณหภูมิระหว่างสองระบบซึ่งหมายความว่าอุณหภูมิเป็นตัวแปรที่กำหนดความร้อน แต่ไม่เกี่ยวกับความร้อน อุณหภูมิมีความสัมพันธ์กับพลังงานจลน์ซึ่งเป็นตัวกำหนดการเคลื่อนที่ของอนุภาคในระบบและในกรณีที่การเคลื่อนที่ของอนุภาคมีความปั่นป่วนมากขึ้นขนาดที่เกิดจากสิ่งที่เรียกว่า "เครื่องชั่งแบบเทอร์โมเมตริกจะยิ่งมากขึ้น ”.

เทอร์โมมิเตอร์เป็นพื้นฐานของเทอร์โมมิเตอร์

ดังที่ได้กล่าวไปแล้วผู้สร้างเทอร์โมมิเตอร์เครื่องแรกคือกาลิเลโอกาลิเลอีการออกแบบของเครื่องมือนี้ขึ้นอยู่กับการประกอบของหลอดแก้วแนวตั้งปิดที่ปลายทั้งสองข้างบรรจุน้ำซึ่งทรงกลมแก้วปิดหลายดวงจมอยู่ใต้น้ำด้วยของเหลวสี ข้างใน. สิ่งนี้ทำให้สามารถบันทึกการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิครั้งแรกได้ ของเหลวที่ใช้ในเครื่องวัดอุณหภูมิเครื่องแรกนี้คือน้ำอย่างไรก็ตามต่อมาถูกแทนที่ด้วยแอลกอฮอล์เนื่องจากน้ำที่อุณหภูมิต่ำมากถึงจุดเยือกแข็งและเมื่อความดันบรรยากาศแตกต่างกันความผันผวนของระดับน้ำจะถูกบันทึกโดยไม่ได้หมายความว่า การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ

ระหว่างปี 1611 และ 1613 Santorio ได้รวมมาตราส่วนตัวเลขเข้ากับเครื่องดนตรีของกาลิเลโอ อย่างไรก็ตามเครื่องมือนี้ยังให้ผลลัพธ์ที่ไม่ถูกต้องเนื่องจากของเหลวที่วัดได้มีความไวต่อความดันบรรยากาศมาก ในปี 1714 Daniel Fahrenheit ได้รวมปรอทเข้าในการวัด

การใช้ปรอทแสดงให้เห็นถึงความก้าวหน้าอย่างมากในด้านความแม่นยำของเครื่องมือเนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวสูงการรบกวนที่เกิดจากอุณหภูมิจึงสังเกตเห็นได้ง่าย

หลักการทำงานของเครื่องวัดอุณหภูมิ

เมื่อสองส่วนของระบบสัมผัสกันสิ่งที่คาดหวังได้คือการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในคุณสมบัติของทั้งสองซึ่งเชื่อมโยงกับปรากฏการณ์การถ่ายเทความร้อนระหว่างกัน เงื่อนไขที่ต้องปฏิบัติตามเพื่อให้ระบบอยู่ในสภาวะสมดุลทางความร้อนมีดังต่อไปนี้:

• ไม่ควรมีการแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างฝ่ายที่เกี่ยวข้อง
• คุณสมบัติที่ขึ้นกับอุณหภูมิไม่ควรแตกต่างกันไป

เทอร์โมมิเตอร์ทำงานภายใต้ หลักเทอร์โมไดนามิกส์เป็นศูนย์ซึ่งสร้างความสัมพันธ์ระหว่างสองตัวแปรในสมดุลทางความร้อน ซึ่งหมายความว่าปรอทในฐานะของเหลวที่ไวต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิเมื่อเข้าสู่สภาวะสมดุลกับร่างกายหรือตัวกลางซึ่งเราต้องการทราบค่าอุณหภูมิจะใช้ค่าอุณหภูมิ

การพัฒนาเครื่องชั่งแบบเทอร์โมเมตริก

ดังที่เราได้กล่าวไปแล้วผู้มีวิสัยทัศน์แรกที่ต้องการสร้างพารามิเตอร์การวัดในเครื่องมือของกาลิเลโอคือซานโตริโอผู้สร้างมาตราส่วนตัวเลขโดยไม่มีความรู้สึกทางกายภาพ อย่างไรก็ตามเหตุการณ์นี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในการพัฒนาสิ่งที่เรารู้จักกันในชื่อเครื่องชั่งเทอร์โมเมตรี

เกรดRømer

Rømerเป็นเครื่องชั่งที่ขึ้นอยู่กับการแช่แข็งและการเดือดของน้ำเกลือ เครื่องชั่งนี้ถูกยกเลิกการใช้งานในขณะนี้เนื่องจากไม่ได้ให้ผลลัพธ์ที่ถูกต้อง

ระดับฟาเรนไฮต์

Daniel Fahrenheit เป็นผู้ผลิตเครื่องมือทางเทคนิคซึ่งเป็นผู้ประพันธ์เครื่องวัดอุณหภูมิแอลกอฮอล์ในปี 1709 และหลายปีต่อมาเขาจะผลิตเครื่องวัดอุณหภูมิที่ใช้ปรอทเป็นเครื่องแรก นักประดิษฐ์ชาวเยอรมันผู้นี้ได้พัฒนามาตรวัดอุณหภูมิโดยพลการซึ่งมีชื่อของเขาซึ่งมีลักษณะดังต่อไปนี้:

• ไม่มีค่าเป็นลบเนื่องจากในเวลานั้นไม่มีแนวคิดเกี่ยวกับอุณหภูมิที่ต่ำกว่า 0 ด้วยเหตุนี้การเดือดของน้ำจึงเกิดขึ้นที่212ºFและการแช่แข็งที่32ºF
• ค่อนข้างแม่นยำเนื่องจากเป็นไปตามการสังเกตในเทอร์โมมิเตอร์ปรอทซึ่งเป็นวัสดุที่มีการขยายตัวเกือบสม่ำเสมอในช่วงอุณหภูมินั้น
• ด้วยเทอร์โมมิเตอร์ที่มีความแม่นยำฟาเรนไฮต์จะวัดความแปรผันของอุณหภูมิการเดือดของน้ำภายใต้สภาวะความกดดันโดยรอบและสามารถระบุได้ว่าจุดเดือดเป็นลักษณะเฉพาะของสารเหลวแต่ละชนิด
• การใช้งานได้แพร่กระจายไปในประเทศต่างๆเช่นสหรัฐอเมริกาและสหราชอาณาจักร

มาตราส่วนเซลเซียส

ในบรรดาเครื่องชั่งแบบเทอร์โมเมตริกเครื่องนี้ได้รับความนิยมอย่างมากในยุคนั้น มันถูกประดิษฐ์ขึ้นในปี 1742 โดยนักดาราศาสตร์ชาวสวีเดนAndrés Celsius ซึ่งเป็นผู้พัฒนาโดยใช้จุดเยือกแข็งของน้ำเป็นค่าที่ต่ำกว่าและจุดเดือดของมันเป็นค่าสูงสุด เซลเซียสแสดงชุด 100 ดิวิชั่นระหว่างสองจุดนี้

ซึ่งแตกต่างจากเครื่องชั่งอื่น ๆ คือองศาเซนติเกรดทำงานได้ 100 จบการศึกษาและมีการขยายการใช้งานเพื่อวัตถุประสงค์ในประเทศเนื่องจากในสาขาวิทยาศาสตร์นิยมใช้มาตราส่วนเคลวินแบบสัมบูรณ์

มาตราส่วนสัมบูรณ์

มาตราส่วนนี้เรียกว่า "ค่าสัมบูรณ์" ซึ่งพิจารณาค่าของศูนย์สัมบูรณ์และโดยพื้นฐานแล้วความสำคัญของมันจะอยู่ในแง่นี้เนื่องจากไม่ได้ขึ้นอยู่กับจุดคงที่ตามอำเภอใจ แต่จะแสดงอุณหภูมิเป็นนิพจน์ของจลนศาสตร์โมเลกุล, การได้รับค่า ณ จุดที่กำหนดการหยุดการเคลื่อนที่ของโมเลกุล

สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่าอุณหภูมินี้สัมพันธ์กับสเกลเซลเซียสเนื่องจากทั้งคู่มีการสำเร็จการศึกษาที่ 100

ระดับแรงคิน

ในปี 1859 วิศวกรวิลเลียมแรนไคน์ได้เสนอมาตราส่วนนี้ซึ่งเกี่ยวข้องกับองศาฟาเรนไฮต์เนื่องจากใช้กับการสำเร็จการศึกษาแบบเดียวกันอย่างไรก็ตามมาตราส่วนนี้พิจารณาถึงการมีอยู่ของศูนย์สัมบูรณ์ ในการเปรียบเทียบอาจกล่าวได้ว่าความสัมพันธ์เซลเซียส - เคลวินมีลักษณะเดียวกับฟาเรนไฮต์ - แรนไคน์

การแปลงระหว่างเครื่องชั่งแบบเทอร์โมเมตริก

การใช้การแปลงมีความสำคัญอย่างยิ่งในด้านการแก้ปัญหาโดยพิจารณาจากข้อเท็จจริงที่ว่าเราไม่สามารถจัดกลุ่มตัวแปรที่มีลักษณะแตกต่างกันได้ และเนื่องจากสาขาวิชาต่างๆสามารถจัดการได้ในแง่ของเครื่องชั่งแบบเทอร์โมเมตริกที่แตกต่างกันจึงมีการสร้างความสัมพันธ์ที่อนุญาตให้มีการเปลี่ยนแปลงค่า

• ฟาเรนไฮต์ (ºF) - แรงคิน (ºR)

ºF = ºR- 460

• เซลเซียส (ºC) - เคลวิน (ºK)

ºC = ºK- 273

• เซลเซียส (ºC) - ฟาเรนไฮต์ (ºF)

ºC = (ºF-32) / 1,8