تسعة
الرئيسية » اعرف اكثر » كيف هي طريقة عمل الترمومتر أو ميزان الحرارة ؟

كيف هي طريقة عمل الترمومتر أو ميزان الحرارة ؟

كيف يعمل الترمومتر او ميزان الحرارة او مقياس درجة الحرارة. اليك شرح مبدأ عمل الترمومتر الطبي وانواع أخرى من الترمومترات مثل ترمومتر درجة حرارة الجو والمياه

عمل الترمومتر أو ميزان الحرارة

ميزان الحرارة الشائع هو من أهم الأجهزة التي يستخدمها الطبيب لتشخيص العديد من الأمراض ، حيث يعتبر بجانب السماعة الطبية ، من الأدوات التي لا يمكن أن تخلو منها أي عيادة مهما كان حجمها ، كما أن الترمومتر من الممكن أن يستخدم في المنزل للاستدلال على درجة حرارة الجسم ، أيضًا توجد أنواع أخرى من الترمومترات المخصصة لقياس درجة حرارة الجو ، أو السوائل ، وهي لا تختلف في مبدئها عن الترمومتر الطبي لكن هل سألت نفسك يومًا: ما هي طريقة عمل الترمومتر ؟ في هذا المقال نشرح بالتفصيل أسلوب عمل الترمومتر الطبي وكذلك الأنواع الأخرى من الترمومترات .

مقياس درجة الحرارة : ما هي طريقة عمل الترمومتر ؟

تمدد المواد بالحرارة

اكتشف العلماء منذ وقت طويل ظاهرة تمدد المواد وكبر حجمها إذا ما تعرضت للحرارة ، تشترك المواد في حالاتها الثلاثة (الصلبة والسائلة والغازية) في أنها تتمدد إذا ما تعرضت إلى زيادة في درجة حرارتها الداخلية ، فسر العلماء هذا السلوك للمواد بأن الحرارة كنوع من أنواع الطاقة ، تؤدي إلى زيادة الطاقة المخزنة في الروابط بين الجزيئات المكونة للمادة ، وبالتالي زيادة المسافات بين الجزيئات ، ومن ثم بالتالي تمدد المادة .

معامل التمدد الحراري

يطلق على المعامل الذي يقيس مدى تمدد المادة: ‘معامل التمدد الحراري’ ، وهو بشكل مبسط يقيس درجة تمدد المادة إذا ما تعرضت إلى كمية معينة من الحرارة ، معظم المواد الصلبة والسائلة والغازية تتمدد حجميًا وطوليًا ومساحيًا بالحرارة ، ماعدا بعض الشواذ لهذه القاعدة ، وأشهرها الماء ، حيث أن الماء إذا ما كان تحت درجة حرارة 4 درجات مئوية ، يقوم بالانكماش إذا ما تعرض للحرارة ، ويتمدد (تقل كثافته بالمقابل) إذا ما خفضت درجة حرارته ، وهذا ما يسمح للمياه المتجمدة بأن تعلو على الماء السائل ، متيحًا الفرصة للأحياء المائية للعيش في الماء السائل . ولهذا السبب يكون للماء معامل تمدد حراري سالب .

ظواهر تمدد المواد بالحرارة

جميع المواد كما أسلفنا تتمدد بالحرارة ، وهذا الأمر يجب وضعه في الاعتبار عند تنفيذ أي من المشاريع الهندسية الكبيرة ، فمعامل التمدد الحراري يختلف من مادة إلى أخرى ، تخيل مثلاً أن الحديد الداخل في تركيب الخرسانة قد يتمدد في الأجواء الحارة بشكل أكبر عن تمدد الأسمنت ، وما لهذا من تأثيرات كبيرة على ثبات البناء ، أيضًا يجب مراعاة الأمر عند تصميم نواقل الكهرباء المعلقة ، حيث إن تقلص الأسلاك في فترات البرودة قد يهدد بقطعها ، أيضًا عند تصميم القضبان الحديدية ، يجب ترك مسافات فاصلة من أجل السماح للقضبان بالتمدد في الأجواء الحارة ، وإلا فإن القضبان قد تكون مهددة بالالتواء إذا لم تترك هذه المسافات الفاصلة .

الاستفادة من تمدد المواد بالحرارة في تصنيع الترمومترات

مع الحاجة إلى وسيلة لقياس درجات الحرارة ، بدأت تظهر فكرة الاستفادة من ظاهرة الاختلاف في معامل تمدد المواد من أجل قياس درجة الحرارة ، فتم عمل الترمومتر من حاوية زجاجية طولية ذات قطر ضيق جدًا ، وملئ هذه الحاوية من الداخل ، إما بالكحول الملون ، أو الزئبق (الزئبق أكثر انتشارًا حاليًا) ومن ثم بتطبيق قاعدة تمدد المواد بالحرارة ، من المفترض أن أي تغير في درجات الحرارة سيظهر في شكل تمدد أو تقلص لعمود الزئبق داخل الحاوية الزجاجية ، المدرجة إلى عدة أقسام من أجل تمكين الشخص المستخدم للترمومتر من قراءة القيمة الصحيحة لدرجة الحرارة . أيضًا تصنع فوهة دقيقة جدًا في قاع الحاوية الزجاجية من أجل تمكين الشخص من قراءة درجة الحرارة قبل عودة الزئبق إلى المستودع .

لماذا يستخدم الكحول الملون بالذات ؟

مع أنه من الممكن نظريًا استخدام أي سائل داخل الحاوية الزجاجية ، إلا أن اختيار الكحول أو الزئبق أفضل لأن معامل التمدد الحراري لهما أعلى من السوائل الأخرى (كالماء) لذلك يؤدي أي اختلاف ولو بسيط في درجة الحرارة ، إلى تحرك الزئبق بشكل كبير على طول الحاوية الزجاجية ، أيضًا الكحول مشابه للزئبق في هذه الخاصية ، ويتم تلوينه لتسهيل قراءة درجة الحرارة على الحاوية الزجاجية .

أليس من المفترض أن تتمدد الحاوية الزجاجية أيضًا بفعل الحرارة حسب نظرية التمدد الحراري ؟

نعم هذا صحيح ، وهذا ما يحدث فعلاً ، لكن كما أسلفنا ، معامل التمدد الحراري يختلف من مادة إلى أخرى ، وتمدد الحاوية الزجاجية يكون غير ملحوظ تقريبًا ، ويمكن إهمالها ، أما الزئبق أو الكحول فإن معامل التمدد الحراري لهما أكبر بكثير ، ويمكن ملاحظة تغير فوري في حجمهما إذا ما حدث تغير في درجة الحرارة .

خطر الزئبق في الترمومترات

الزئبق سائل شديد الخطورة على البيئة وعلى الإنسان ، لذلك في الآونة الأخيرة تعالت الأصوات من أجل منع استخدامه في الترمومترات ، واستبداله بمواد أخرى ، أو استخدام ترمومترات تعمل بآليات أخرى غير آلية التمدد الحراري للمواد . وبالفعل ، الترمومتر الزئبقي ممنوع في العديد من البلدان الأوروبية في الوقت الحالي .

أول من اخترع الترمومتر

أول من اخترع مقياس الحرارة هو المهندس والعالم الإيطالي جاليليو جيلي ، لكنه كان ترمومتر بدائي جدًا وغير دقيق ، إلا أن مبدأ عمله هو نفس مبدأ عمل الترمومترات الحالية . أما ميزان الحرارة الحالي فهو من اختراع البريطاني توماس ألبوت .

الثرموستات

الثرموستات هي منظمات الحرارة في الأجهزة التي تتعامل مع درجات مختلفة من الحرارة ، مثل الثلاجات ، وأجهزة التكييف ، وسخانات المياه (في الحمامات أو سخانات المشروبات) وأجهزة كوي الملابس ، وفكرة عمل الثرموستات لا تختلف كثيرًا عن فكرة عمل الترمومتر ، إلا أنه في الثرموستات يتم الاستعانة بمعدن وقياس درجة تمدده الدقيقة من أجل الحصول على إشارات كهربية أو ميكانيكية تؤدي إلى فتح دوائر أو إغلاقها من أجل تنظيم درجة الحرارة .

الترمومترات الكيميائية

الترمومترات الكيميائية هي طريقة أخرى من أجل قياس درجة الحرارة ، يعتمد عمل الترمومتر الكيميائي على تغير لون أو صفات بعض المواد الكيميائية من أجل تعيين درجة الحرارة ، مقاييس الحرارة الكيميائية أصبحت أكثر شيوعًا الآن .

الترمومترات الكهربائية والإلكترونية

الترمومترات الكهربائية أو الإلكترونية هي ترمومترات تعتمد على تغير المقاومة الكهربائية لبعض المواد بحس درجة الحرارة التي تتعرض لها ، وقد أمكن استخدام هذا التغير الدقيق في المقاومة من أجل حساب درجات الحرارة بدقة أكبر ، يمكن عرض درجة الحرارة في هذا النوع من المقاييس على شاشة تعمل بتقنية الكريستال السائل ، كما أن هذا النوع من الترمومترات هو الأكثر شيوعًا الآن في أجهزة الحواسيب والمنتجات الصناعية ، وأيضًا الكثير من مقاييس الحرارة الطبية تعمل بشكل إلكتروني .

كما رأينا ، يعتمد عمل الترمومتر على مبدأ تغير حجم المواد تبعًا لدرجة الحرارة ، وسواءً كانت المادة هي الكحول ، أو الزئبق ، أو المعدن ، يمكن استخدامها في تعيين درجة الحرارة بدقة ، تطرقنا أيضًا إلى طريقة عمل الترمومتر المعدني (الثرموستات) ، وطريقة عمل الترمومتر الكيميائي ، كما استعرضنا أيضًا طريقة عمل الترمومتر الكهربائي أو الإلكتروني .

ابراهيم عادل

احب القراءة كثيراً فهي تنقلني الى عوالم سحرية اجد فيها حرية مطلقة افتقدها في الواقع. كثرة القراءة والمطالعة وتصفح الانترنت جعلتني اتعرف على امور عديدة اكتب عنها وانقلها بطريقتي الى الاخرين كي انشر المعرفة باذن الله.

1 تعليق

عشرين + 19 =