Termometri, çeşitli sistemlerde sıcaklığın ölçülmesinden sorumludur ve oldukça ampirik bir başlangıç disiplinidir, çünkü Hipokrat zamanından beri tıp alanında, dokunma yoluyla vücutların sıcaklığı konusunda farkındalık vardı. algılanan his, "tatlı ateş" veya "yanma ateşi" olarak sınıflandırıldı. Bununla birlikte, yıllar sonra, bu çalışma alanı deneysel sulardan ayrıldığında, bilimsel bir rol üstlenmek için Galileo Galilei tarafından termometrenin geliştirilmesine kadar değildi.
Hepimiz termometreyi bir vücudun ve çevrenin sıcaklığını ölçmek için bir araç olarak biliyoruz, ancak O nasıl çalışır? Termometrik ölçekler nereden geldi? Ancak bu soruları cevaplamadan önce, ölçtüğümüz değişkenin, bu durumda sıcaklığı açıklığa kavuşturmak önemlidir.
Sıcaklık, termometrik ölçeğin temel birimi
Sıcaklık kelimesini adlandırırken, kesinlikle ısı miktarını düşündünüz, ancak göz önünde bulundurmanız gereken ilk şey şudur: ısı, sıcaklıkla aynı değildirelbette her iki değişken de birbiriyle yakından bağlantılıdır.
Isı, aktarımı iki sistem arasındaki bir sıcaklık gradyanı ile ilişkili olan enerji miktarıdır; bu, sıcaklığın ısıyı belirleyen bir değişken olduğu anlamına gelir, ancak ısının kendisi ile ilgili değildir. Sıcaklık, sistemdeki parçacıkların hareketini tanımlayan kinetik enerji ile ilişkilidir ve parçacıkların hareketinde daha fazla çalkalama olduğu ölçüde, sözde "termometrik ölçekler" tarafından üretilen büyüklük o kadar büyük olacaktır. ”.
Termometre, termometrinin temeli
Daha önce de belirtildiği gibi, ilk termometrenin yaratıcısı Galileo Galilei idi, bu aletin tasarımı, renkli sıvı ile birkaç kapalı cam kürenin daldırıldığı su içeren, her iki ucu kapalı dikey bir cam tüpün montajına dayanıyordu. içeride. Bu, sıcaklık değişimlerinin ilk kayıtlarının yapılmasına izin verdi. Bu ilk termometrede kullanılan sıvı sudur, ancak daha sonra alkol ile değiştirilmiştir, çünkü çok düşük sıcaklıklardaki su donma noktasına ulaşmıştır ve atmosferik basınç değiştiğinde, su seviyesindeki dalgalanmalar kaydedilmeden kaydedilmiştir. sıcaklık değişimi.
1611 ve 1613 yılları arasında. Santorio, Galileo'nun enstrümanına sayısal bir ölçek dahil eder. Bununla birlikte, ölçüm sıvısı atmosferik basınca çok duyarlı olduğundan bu cihaz yine de doğru sonuçlar vermedi. 1714 yılında Daniel Fahrenheit cıva'yı ölçüme dahil etti.
Cıva kullanımı, aletin hassasiyetinde büyük bir ilerlemeyi temsil ediyordu, çünkü yüksek genleşme katsayısı nedeniyle, sıcaklığın neden olduğu rahatsızlıklar kolayca fark edilebiliyordu.
Termometre çalışma prensibi
Bir sistemin iki parçası temas ettiğinde, beklenen şey, ikisi arasındaki ısı transferi olgusuyla bağlantılı olan her ikisinin özelliklerinde değişikliklerin meydana gelmesidir. Bir sistemin ısıl dengede olması için yerine getirilmesi gereken koşullar şunlardır:
- İlgili taraflar arasında ısı alışverişi olmamalıdır
- Sıcaklığa bağlı özelliklerin hiçbiri değişmemelidir.
Termometre, Termodinamiğin sıfır prensibi, termal dengede iki değişken arasındaki ilişkiyi kurar. Bu, sıcaklık değerini bilmek istediğimiz vücut veya ortam ile dengeye girdiğinde, sıcaklık değişimlerine duyarlı bir sıvı olan cıvanın, sıcaklık değerini benimsediği anlamına gelir.
Termometrik ölçeklerin geliştirilmesi
Daha önce de bahsettiğimiz gibi, Galileo'nun cihazında bir ölçüm parametresi oluşturma ihtiyacının ilk vizyoneri, herhangi bir fiziksel algı olmaksızın sayısal bir ölçek oluşturan Santorio idi. Ancak bu olay, termometri ölçekleri olarak bildiğimiz şeyin geliştirilmesinde büyük önem taşıyordu.
Rømer sınıfı
Rømer, tuzlu suyun donması ve kaynamasına dayalı bir ölçektir. Bu ölçek, doğru sonuçlar vermediği için şu anda kullanılmamaktadır.
Fahrenheit ölçeği
Daniel Fahrenheit, 1709'da alkol termometresini yazan bir teknik alet üreticisiydi ve yıllar sonra ilk cıva bazlı termometreyi yapacaktı. Alman kökenli bu mucit, aşağıdaki özelliklere sahip, kendi adını taşıyan keyfi bir termometrik ölçek geliştirdi:
- Negatif değerleri yoktur, çünkü o zaman 0'ın altındaki sıcaklıklara dair herhangi bir fikir yoktur, bu nedenle suyun 212ºF'de kaynaması ve 32ºF'de donması meydana gelir.
- Oldukça doğrudur, çünkü bu sıcaklık aralığında neredeyse tekdüze genişlemeye sahip bir malzeme olan cıva termometresindeki gözlemlere dayalıdır.
- Fahrenheit, hassas termometresi ile ortam basıncı koşulları altında suyun kaynama sıcaklığındaki değişimi ölçtü ve kaynama noktasının her sıvı maddenin bir özelliği olduğunu belirledi.
- Amerika Birleşik Devletleri ve Birleşik Krallık gibi ülkelerde kullanımı yayılmıştır.
Santigrat ölçeği
Termometrik ölçekler arasında bu, zamanında büyük bir popülerlik kazandı. 1742'de İsveçli gökbilimci Andrés Celsius tarafından, suyun donma noktasını düşük, kaynama noktasını maksimum değer olarak alarak geliştirdi. Celsius, bu iki nokta arasında 100'lük bir dizi bölme gerçekleştirdi.
Diğer ölçeklerden farklı olarak santigrat 100 derece ile çalışmakta olup, bilimsel alanda mutlak Kelvin ölçeğinin kullanılması tercih edildiğinden evsel amaçlarla kullanımı yaygınlaştırılmıştır.
Mutlak ölçek
Bu ölçek, mutlak sıfırın değerini düşünen "mutlak" olarak adlandırılır ve önemi, keyfi sabit noktalara bağlı olmadığı, aksine sıcaklığı moleküler kinetiğin bir ifadesi olarak sunduğu için temelde bu yöndedir. moleküler hareketin durmasının belirlendiği noktada.
Bu sıcaklığın Celsius ölçeğiyle ilişkili olduğuna dikkat etmek önemlidir, çünkü her ikisi de 100 derecelik bir derecelendirmeyi ele alır.
Rankine ölçeği
1859'da, mühendis William Rankine, Fahrenheit dereceleriyle ilgili olan bu ölçeği önerdi, çünkü aynı derecelendirmeyi ele alıyor, ancak bu ölçek mutlak sıfırın varlığını düşünüyor. Bir benzetmede, Santigrat-Kelvin ilişkisinin Fahrenheit-Rankine ile aynı doğaya sahip olduğu söylenebilir.
Termometrik ölçekler arasındaki dönüşümler
Dönüşümlerin kullanımı problem çözme alanında büyük önem taşır, farklı nitelikteki değişkenleri gruplayamayacağımız gerçeğiyle belirlenir. Ve farklı disiplinler farklı termometrik ölçeklerle ele alınabildiğinden, değerlerin dönüşümüne izin veren ilişkiler kurulmuştur.
- Fahrenheit (ºF) - Rankine (ºR)
ºF = ºR- 460
- Santigrat (ºC) - Kelvin (ºK)
ºC = ºK- 273
- Santigrat (ºC) - Fahrenheit (ºF)
ºC = (ºF-32) / 1,8