تبلیغات

تصویر ثابت

Banner

«دما و گرما»


گرما و روش‌های گرماسنجیدر زندگی روزمره از واژه‌هایی مانند گرم،‌سرد، گرم‌تر، سردتر، داغ، ولرم و‌ خنك استفاده می‌كنیم‌. همه‌ی این واژه‌ها به موضوع مورد بحث این فصل ما مربوط می‌شوند كه به بررسی آن می‌پردازیم‌

 

 دما

 

 


img/daneshnameh_up/2/2b/k1-f2-056.jpg

دید کلی

مفاهیم داغ و سرد برای انسان ، مانند هر موجود زنده دیگر ذاتی است و دمای محیط مجاور را بیلیونها عصبی که به سطح پوسته می‌رسند، به مغز خبر می‌دهند. اما پاسخ فیزیولوژیکی به دما اغلب گمراه کننده است و کسی که چشمش بسته است نمی‌تواند بگوید که آیا دستش با اتوی بسیار داغ ، سوخته یا به وسیله یک تکه یخ خشک شده است. در هر دو حالت احساسی پدید می‌آید، زیرا هر دو عینا پاسخ فیزیولوژیکی به آسیبی هستند که به نسج رسیده است.

یک آزمایش ساده

دو ظرف یکسان انتخاب کرده ، در یکی آب گرم و در دیگری آب سرد بریزید. حال یک دست خود را در آب گرم و دست دیگر را در آب سرد فرو برید. حال هر دو دست را در آب نیم‌گرم وارد کنید. احساس شما چیست؟

قطعا دستی که ابتدا در آب گرم بوده است، آب نیمگرم را سردتر و دست دیگر آن را گرمتر احساس خواهد کرد. بنابراین با این آزمایش ساده می‌توان نتیجه گرفت که قضاوت ما در مورد دما می‌تواند نسبتا گمراه کننده باشد. علاوه بر این گستره حس دمایی ما محدود است و ما به یک معیار معین و عددی برای تعیین دما نیاز داریم.

دماسنج‌های اولیه

نخستین وسیله واقعی علمی برای اندازه‌ گیری دما در سال 1592 توسط گالیله اختراع شد. وی برای این منظور یک بطری شیشه‌ای گردن‌باریک انتخاب کرده بود. بطری با آب رنگین تا نیمه پر شده و وارونه در یک ظرف محتوی آب رنگین قرار گرفته بود. با تغییر دما ، هوای محتوی شکم بطری منبسط یا منقبض می‌شد و ستون آب در گردن بطری بالا یا پایین می‌رفت. در این وسیله ، گالیله توجه نداشت که مقیاس برای سنجش دما بکار ببرد، بطوری که وسیله وی ، بیشتر جنبه دما نما داشت تا جنبه دماسنج.

در سال 1635 ، فردیناند توسکانی ، که به علوم علاقه‌مند بود، دماسنجی ساخت که درآن از الکل استفاده کرد و سر لوله را چنان محکم بست که الکل نتواند تبخیر شود. سرانجام ، در سال 1640 ، دانشمندان آکادمی لینچی ، در ایتالیا ، نمونه‌ای از دماسنج‌های جدیدی را ساختند که در آن جیوه به کار برده و هوا را دست کم تا حدودی ، از قسمت بالای لوله بسته خارج کرده بودند.

توجه به این نکته جالب است که در حدود نیم قرن طول کشید تا دماسنج کاملا تکامل یافت و حال آنکه میان کشف امواج الکترومغناطیسی و ساختن نخستین تلگراف بی‌سیم ، یا میان کشف اورانیوم و نخستین بمب اتمی چند سالی بیشتر طول نکشید.

اندازه‌ گیری دما

برای تعیین یک مقیاس تجربی دما ، سیستمی با مختصات xy را به عنوان استاندارد که ما آن را دماسنج می‌نامیم، انتخاب می‌کنیم و مجموعه قواعدی را برای نسبت دادن یک مقدار عددی به دمای وابسته به هر کدام از منحنیهای همدمای آن ، اختیار می‌کنیم. به هر سیستم دیگری که با دماسنج در تعادل گرمایی باشد، همین عدد را برای دما نسبت می‌دهیم.

قوانین گازها

همان وقت که اسحاق نیوتن در کمبریج درباره نور و جاذبه می‌اندیشید، یک نفر انگلیسی دیگر به نام رابرت بویل ، در آکسفورد سرگرم مطالعه در باب خواص مکانیکی و تراکم‌پذیری هوا و سایر گازها بود. بویل که خبر اختراع گلوله سربی اوتوفون گریکه را شنیده بود، طرح خویش را تکمیل کرد و دست به کار آزمایشهایی برای اندازه ‌گیری حجم هوا در فشار کم و زیاد شد.

نتیجه کارهای وی چیزی است که اکنون به قانون بویل-ماریوت معروف است و بیان می‌کند که حجم مقدار معینی از هر گاز در دمای معین با فشاری که بر آن گاز وارد می‌شود، بطور معکوس متناسب است با فشاری که بر آن گاز وارد می‌شود.

حدود یک قرن بعد ، ژوزف گیلوساک فرانسوی ، در ضمن مطالعه انبساط گازها ، قانون مهم دیگری پیدا کرد که بیان آن این است: فشار هر گاز محتوی در حجم معین به ازای هر یک درجه سانتیگراد افزایش دما ، به اندازه 273/1 حجم اولیه‌اش افزایش می‌یابد. همین قانون را یک فرانسوی دیگر به نام ژاک شارل ، دو سال پیش از آن کشف کرده بود و از این رو اغلب آن را قانون شارل-گیلوساک می‌نامند. این دو قانون مبنای ساخت دماسنجهای گازی قرار گرفت.


img/daneshnameh_up/e/ec/thermometer1.jpg

انواع دماسنجها

دماسنج گازی

جنس ، ساختمان و ابعاد دماسنج در ادارات و موسسات مختلف سراسر دنیا که این دستگاه را بکار می‌برند، تفاوت دارد و به طبیعت گاز و گستره دمایی که دماسنج برای آن در نظر گرفته شده است، بستگی دارد. این دماسنج شامل حبابی از جنس شیشه ، چینی ، کوارتز ، پلاتین یا پلاتین ـ ایریدیم ، ( بسته به گستره دمایی که دماسنج در آن بکار می‌رود )، می‌باشد که به وسیله یک لوله موئین به فشارسنج جیوه‌ای متصل است. این دماسنج براساس دو قانون ذکر شده در مورد گاز کامل کار می‌کند.

دماسنج با مقاومت الکتریکی

دماسنج مقاومتی به صورت یک سیم بلند و ظریف است، معمولا آن را به دور یک قاب نازک می‌پیچند تا از فشار ناشی از تغییر طول سیم که در اثر انقباض آن در موقع سرد شدن پیش می‌آید، جلوگیری کند. در شرایط ویژه می‌توان سیم را به دور جسمی که منظور اندازه گیری دمای آن است پیچید یا در داخل آن قرار داد.

در گستره دمای خیلی پایین ، دماسنجهای مقاومتی معمولا از مقاومتهای کوچک رادیویی با ترکیب کربن یا بلور ژرمانیوم که ناخالصی آن آرسنیک است و جسم حاصل در درون یک کپسول مسدود شده پر از هلیوم قرار دارد، تشکیل می‌شوند. این دماسنج را می‌توان بر روی سطح جسمی که بمنظور اندازه گیری دمای آن است سوار کرد یا در حفرهای که برای این منظور ایجاد شده است، قرار داد.

دماسنج مقاومتی پلاتین را می‌توان برای کارهای خیلی دقیق در گستره 253– تا 1200 درجه سانتیگراد بکار برد.

ترموکوپل

ترموکوپل وسیله دیگری است که برای اندازه‌ گیری دما مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این نوع دماسنج از خاصیت انبساط و انقباض اجسام جامد استفاده می‌گردد. گستره یک ترموکوپل بستگی به موادی دارد که ترموکوپل از آن ساخته شده است. گستره یک ترموکوپل پلاتنیوم ـ رودیوم که 10 درصد پلاتینیوم دارد، از صفر تا 1600 درجه سانتیگراد است.

مزیت ترموکوپل در این است که بخاطر جرم کوچک ، خیلی سریع با سیستمی که اندازه‌ گیری دمای آن مورد نظر است، به حال تعادل گرمایی در می‌آید. لذا تغییرات دما به آسانی بر آن اثر می‌کند، ولی دقت دماسنج مقاومتی پلاتین را ندارد.

واحد اندازه‌ گیری دما

  • کلوین: کلوین مقیاس بنیادی دما در علوم است که سایر مقیاسها بر حسب آن تعریف می‌شوند.
  • سلیسیوس یا سانتیگراد: مقیاس سلیسیوس بر اساس نقطه سه گانه آب می‌باشد. اگر t نشان‌دهنده دمای سلیسیوس و T نشان‌دهنده دمای کلوین باشد، در اینصورت داریم: 273.15 - t =T
  • فارنهایت: این مقیاس هنوز هم در بعضی از کشورهای انگلیسی‌زبان به کار می‌رود و در کارهای علمی استفاده نمی‌شود.


 

«دما و گرما»


گرما و روش‌های گرماسنجیدر زندگی روزمره از واژه‌هایی مانند گرم،‌سرد، گرم‌تر، سردتر، داغ، ولرم و‌ خنك استفاده می‌كنیم‌. همه‌ی این واژه‌ها به موضوع مورد بحث این فصل ما مربوط می‌شوند كه به بررسی آن می‌پردازیم‌

 

 دما

 

 

   دما معیاری است كه میزان گرمی و سردی جسم‌ها را مشخص می‌كند‌
یك روش تقریبی برای تعیین دمای یك جسم،‌استفاده از حسّ لامسه است‌. این ساده‌ترین نوع دماسنجی است ولی با خطای زیادی مواجه می‌شویم‌

 
دماسنج‌
برای اندازه گیری دقیق دما از دماسنج استفاده می‌كنیم‌. ساده‌ترین و رایج‌ترین نوع دماسنج دماسنج‌های جیوه‌ای و الكلی است

 

 

 

 

اساس كار دماسنج‌های جیوه‌ای و الكلی،‌ انبساط مایع‌ها است‌. اگر ظرف آبی را روی شعله قرار دهیم‌، انبساط آب را می‌توانیم مشاهده كنیم‌

 

 

 

 

ساختمان دماسنج جیوه‌ای یا الكلی


این دماسنج،‌از یك لوله‌ی شیشه‌ای باریك سربسته كه هوای آن تخلیه شده است، تشكیل شده است و مخزن آن پر از جیوه (یا الكل) است‌. وقتی دماسنج در تماس با جسمی قرار می‌گیرد، در صورتی كه دمای آن جسم از دمای جیوه‌‌ی (یا الكل) داخل مخزن بیش‌تر باشد، دمای مایع درون مخزن بالا می‌رود و در نتیجه حجم مایع نیز بیش‌تر می‌شود‌. بنابراین مایع در لوله بالا می‌رود‌. هر چه ارتفاع مایع داخل لوله بیش‌تر باشد، دمای جسم بیش‌تر است‌

 

 

 
 


مدرّج ساختن دماسنجرایج‌ترین نحوه ی انتخاب اندازه‌ی دمای مربوط به هر ارتفاع از ستون مایع، نحوه‌ی انتخابی است كه به درجه‌بندی سلسیوس یا سانتی‌گراد  معروف است‌.  در این درجه‌بندی،‌ابتدا دماسنج را درون مقداری یخ خرد شده‌ی در حال ذوب قرار می‌دهیم، به صورتی كه مخزن دماسنج به طور كامل  داخل یخ باشد‌. هنگامی كه سطح جیوه در لوله‌ی باریك در محلی ثابت شده آن را علامت می‌زنیم و عدد صفر را برای آن در نظر می‌گیریم‌ سپس دماسنج را بالای سطح آب خالص در حال جوش به صورتی می‌گذاریم كه مخزن دماسنج در تماس كامل با بخار باشد‌ وقتی سطح جیوه در بالاترین ارتفاع قرار گرفت، آن را علامت می‌زنیم و عدد صد را برای آن در نظر می‌گیریم‌

 

 

 

 

 
 
اینك بین صفر و صد را به صد قسمت مساوی تقسیم می‌كنیم و هر قسمت را یك درجه‌ی سلسیوس می‌نامیم‌. این درجه‌بندی را به زیر صفر و بالای صد نیز ادامه می‌دهیم‌. دمای هر جسم بر حسب درجه سلسیوس را با نماد  نشان می‌دهیم‌

 

 


 


 

نحوه‌ی استفاده از دماسنج
برای اندازه ‌‌گیری دمای هر جسم توسط دماسنج، آن را به صورتی در تماس با جسم قرار می‌دهیم كه تمام مخزن دماسنج با جسم موردنظر در تماس باشد‌. آن گاه مدتی صبر می‌كنیم تا ارتفاع مایع داخل لوله ثابت شود‌. در این وضعیت‌، عددی كه دماسنج نشان می‌دهد‌، دمای جسم است‌. به عنوان مثال‌، دمای بدن یك انسان را می‌توان با استفاده از یك دماسنج پزشكی تعیین كرد‌

 

 

 

 

برای اندازه‌ گیری دمای هوا، ‌دماسنج را در محلی نصب می‌كنیم و از روی آن می‌توان دمای هوا را در هر لحظه تعیین كرد‌



 
 
 
 
گستره‌ی سنجش دما در دماسنج‌های الكلی و جیوه‌ایحد پایین دما حدود   است‌. اما حد بالای آن را نمی‌توان تعیین كرد‌. به عنوان مثال دمای درون داغ‌ترین ستاره‌ها حدود   است‌
گستره‌ی قابل استفاده از این دماسنج‌ها بین نقطه‌های انجماد و جوش مایع داخل دماسنج است‌. یعنی فقط دماهایی را می‌توان با آن‌ها اندازه‌گیری كرد كه بالاتر از نقطه‌ی انجماد و پایین‌تر از نقطه‌ی جوش مایع درون دماسنج باشد‌

 

 




طبقه بندی: دانستنیها، علوم،

تاریخ : دوشنبه 20 بهمن 1393 | 09:44 قبل از ظهر | نویسنده : محمد صمدی پور | نظرات
.: Weblog Themes By VatanSkin :.