الفيزياء

التطور الزمني التي شهدتها الأدوات المستخدمة في قياس درجة الحرارة

2011 تجارب علمية الحرارة والطاقة

غريس ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

درجة الحرارة أدوات قياس درجة الحرارة الفيزياء

كم هي «حرارة اليوم»؟ تحتاج الإجابة عن هذا السؤال إلى طريقة يُعوَّلُ عليها لقياس درجة حرارة الهواء، والمقصود بذلك قياس سرعة جزيئات الهواء، لذلك أنت بحاجة لاستخدام ميزان الحرارة.

تعلّمتَ في النشاط (1) أن الحرارة هي الطاقة التي تملكها المادة بسبب حركة جزيئاتها، بينما تعني درجة الحرارة قياس سرعة الجزيئات في جسم من الأجسام، ولكي يتحقق قياس درجة الحرارة بشكل دقيق يحتاج العلماء إلى أدوات ذات حساسية عالية.

إن أول أداة علمية استعملت لقياس التغيرات التي تطرأ على درجة الحرارة كانت معروفة باسم «الكشَّاف الحراري».

 

وقد صُنع أول كشَّاف حراري في القرن الثالث قبل الميلاد من جانب عالم يوناني يُدعى (ستسبيوس). يتألف هذا الجهاز من كرة مجوفة تحوي أنبوباً يخرج من قسمها العلوي مغموساً في وعاء من الماء.

عندما تسخن الكرة يتمدد الهواء داخل الأنبوب ثم يخرج على شكل فقاعات من الماء، وعندما تبرد الكرة ينكمش الهواء (أي يحتل حيزاً أقل) فيسحب الماء نحو أعلى الأنبوب.

وبهذا استطاع كشَّاف الحرارة أن يبيّن التغيرات التي كانت تحصل من دون أن يحدد مقدار ذلك التغيير لعدم وجود مقياس مدرّج لقياس درجة الحرارة.

 

وفي حوالي العام 1592 اخترع عالم الفيزياء الإيطالي (غاليليو غليلي) (1564 – 1642) كشَّاف حرارة أكثر دقة، غير أنه لم يقم بالخطوة الكبيرة اللاحقة، والمقصود بها اختراع المقياس المتدرج على الأنبوب، بحيث يتسنى توصيف كل درجة حرارة برقم محدد.

أخذ أحد أصدقاء (غاليليو)، وهو طبيب إيطالي يُدعى (سانتوريو) (1561 – 1636)، جهاز (غاليليو) ووضع عليه درجتين: مستوى السائل عندما يُغرس الكشَّاف في الثلج، والمستوى الآخر عندما يوضع الكشَّاف أمام لهب الشمعة، ثم قام بعد ذلك بتقسيم المسافة بين هذين المستويين إلى 110 أجزاء متساوية تسمى درجات.

ويمكن لدرجات الحرارة الأخرى أن تقرأ الآن وتقارن مع هذه الدرجات العالية والمنخفضة. لقد كان ذلك أول ميزان حرارة حقيقي. سرعان ما استُبدل ميزان الحرارة الذي اخترعه (سانتوريو) بأجهزة أكثر دقة.

 

ومعظم تلك الموازين كانت عملية لأنها اعتمدت على مبدأ أن السوائل والغازات تشغل حيّزاً أقل عندما تبرد، وحيزاً أكبر عندما تصبح أكثر حرارة.

إن ميزان الحرارة الأكثر انتشاراً هو الذي يحتوي على سائل داخل أنبوب زجاجي، فعندما يسخن ميزان الحرارة يتمدد الزجاج والسائل.

وإذا تمدد السائل أكبر من تمدد الزجاج فإنه ينتقل داخل الأنبوب الزجاجي نحو الأعلى. ولا يزال هذا النوع من موازين الحرارة يُستعمل في المنازل ومن قبل الممرضات والأطباء.

 

لقد استخدمت أول موازين للحرارة الكحول. ففي بداية القرن الثامن عشر أدرك العالم الفيزيائي الألماني (دانيال جبرائيل فهرنهايت) (1686 – 1736) أن الزئبق كان أفضل السوائل من حيث الاستخدام.

فالزئبق هو المعدن الوحيد الذي يكون سائلاً عند درجة حرارة الغرفة، وهو موصل جيد للحرارة، ما يعني أن جميع أجزاء هذا المعدن تصل سريعاً إلى درجة الحرارة نفسها عندما يسخن ميزان الحرارة أو يبرد.

وعلى عكس الكحول، لا يبلل الزئبق الزجاج أو يعلق داخل ميزان الحرارة، إذ إنه يتدرج بين أعلى وأسفل الأنبوب بانسياب.

 

إن أعلى درجات حرارة معروفة في هذا الكون تحدث للحظة قصيرة عند انفجار النجوم.

أما أدناها فتحدث على سطح كوكبنا الأرضي في مختبرات ذات درجات حرارة منخفضة، حيث يعمل العلماء على أجهزة تصل درجات الحرارة فيها إلى واحد من مليار من درجة الصفر المطلق.

اظهر المزيد

مقالات ذات صلة

زر الذهاب إلى الأعلى
إغلاق
إغلاق