أدوات

أنواع أجهزة الترمومتر المستخدمة في قياس درجة حرارة الجسم

1994 موسوعة الكويت العلمية للأطفال الجزء الخامس

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

أنواع أجهزة الترمومتر أجهزة الترمومتر أدوات الفيزياء

كان علماء القرون الأولى  يتصورون أن الحرارة عبارة عن مائع أطلقوا عليه اسم «كالوريك»، وأن هدا المائع يوجد في جميع الأجسام بدرجات متفاوتة، وعندما تنتقل الحرارة من جسم ساخن إلى جسم بارد، فذلك يعني أن الكالوريك قد انتقل من الجسم الساخن إلى الجسم البارد.

وقد تغيرت هده الأفكار فيما بعد عندما لاحظ عالم فيزيائي يدعى «بنيامين طومسون» أن عملية ثقب ماسورة المدفع تتسبب في رفع درجة حرارة المعدن المصنوعة منه الماسورة.

وفسر دلك بأن «الشغل» الناتج من احتكاك المثقاب بسطح المعدن قد تحول إلى حرارة، وبذلك أصبحت الحرارة هي «الطاقة الناتجة عن الحركة».

 

كيف تقاس درجة الحرارة؟: لم تكن لدى القدماء وسيلة خاصة لقياس درجة الحرارة.

ولدلك نجد أن علماء العرب كانوا ينسبون حرارة الأجسام إلى الأشياء المحيطة بهم، فكانوا يقولون درجة حرارة الصيف ( وهي تقابل 30 – 40° مئوية) وحرارة الماء المغلي (وهي تقابل 100° مئوية)، ثم حرارة الحمام الرملي ( وهي تقابل 350 – 400° مئوية).

وأخيرا درجة حرارة اللهب العاري ( وهي تقابل 1000° مئوية)، ويمكن أن تؤدي إلى انصهار بعض الفلزات.

 

وقد استخدمت فيما بعد ظاهرة تمدد الأجسام بالحرارة في قياس درجات الحرارة، وكان العالم الإيطالي  «جاليليو جالبلي» (1564 – 1642) هو أول من ابتكر أداة من هذا النوع أطلق عليها اسم «ثرموسكوب»، (أي: منظار الحرارة!).

وهي تتكون من أنبوبة زجاجية تتصل بأحد أطرافها قارورة صغيرة، وعند تسخين القارورة يتمدد ما بها من هواء، وعندئد توضع مقلوبة في حوض من الماء.

وعندما يبرد الهواء الموجود بالقارورة فإنه ينكمش ويؤدي ذلك إلى صعود عمود الماء في الأنبوبة.

وقد استعمل الماء بعد ذلك بدلا من الهواء. ولكن مثل هده الأدوات كانت تصلح فقط لبيان التغير في درجة الحرارة وذلك تبعا لارتفاع سطح الماء في الأنبوبة أو انخفاضه ولكنها لم تكن تصلح لقياس درجة الحرارة.

 

ترمومتر الزئبق: ينسب استعمال الزئبق في قياس درجة الحرارة إلى الفيزيائي الألماني «جابرييل دانيال فارنهايت»، وكان الترمومتر الزئبقي الذي صنعه يتكون من مستودع صغير للزئبق في نهايته أنبوبة شعرية سميكة الجدار عليه تدريج معلوم.

وفي عام 1724، عرض «فارنهايت» تدريجه الخاص بقياس درجة الحرارة على الجمعية الملكية في لندن، وجعل فيه درجة تجمد الماء 32، ودرجة حرارة الجسم الطبيعية 96، ثم استبدلت هده الدرجة الأخيرة بدرجة غليان الماء وهي 212.

 

وقد استعمل الزئبق لأنه غير شفاف، ويسهل رؤية حركته في الأنبوبة الشعرية، كما أنه يعمل في مدى واسع من درجات الحرارة بين درجة تجمده وهي -38.87° مئوية تحت الصفر، وبين درجة حرارة غليانه وهي 356.9° مئوية.

وقد استعمل مقياس فارنهايت في إنجلترا وفي بعض البلاد الأوربية ولكنه استبدل بعد ذلك بالتدريج المئوي.

 

وأول من وضع التدريج المئوي فلكي سويدي يدعى «اندرس سلزيوس»، وقد نشر تدريجه عام 1741 في إحدى المجلات العلمية.

واتخد فيه درجة تجمد الماء على أنها الصفر، ودرجة غليان الماء 100، وقسم المسافة بين سطحي الزئبق عند كل منهما الى 100 قسم أو 100 درجة، ولدلك سمي هذا التدريج بالتدريج المئوي، ثم اصطلح بعد ذلك على تسميته بتدريج سلزيوس تكريما لمبتكره.

 

 

الترمومتر الطبي: الترمومتر الطبي الذي تقاس به درجة حرارة جسم الإنسان ما هو إلا ترمومتر زئبقي ولكن تدريجه يبدأمن 20° مئوية وينتهي عند 42° مئوية لأن درجة حرارة جسم الإنسان السليم 37° مئوية.

ويوجد بأسفل انبوب الترمومتر، فوق مستودع الزئبق، ثنية صغيرة تسمح ببقاء عمود الزئبق عند أعلى نقطة يصل إليها حتى يمكن قراءة درجة الحرارة الحقيقة على مهل بعد إخراج الترمومتر من فم المريض، ويمكن أن تقاس درجة الحرارة الأطفال الصغار تحت الإبط أو من الشرج.

 

ترمومتر النهاية العظمى والنهاية الصغرى: يستعمل هذا الترمومتر لقياس التغير في درجات الحرارة بين الليل والنهار، وهو يحتوي على سائلين أحدهما الزئبق والآخر قد يكون الكحول أو الجليسرين(انظر الشكل).

ويملأ الخزان (أ) وجزء من الانبوبة (ب) بالجليسرين، ثم تملأ بقية (ب) والأنبوبة (ج) وجزء من الانبوبة (د) بالزئبق. أما الجزء الدي يعلو الزئبق في الانبوبة (د) فيملأ بالجليسرين هو وجزء من الخزان (ه).

وعندما ترتفع درجة الحرارة في أثناء النهار يتمدد الجليسرين في الخزان (أ) ويدفع الزئبق للارتفاع  في الانبوبة (د) الذي يدفع أمامه كذلك دليلا من المعدن على هيئة لولب.

وعند انخفاض درجة الحرارة ليلا ينكمش عمود الزئبق في الانبوبة (د) تاركا الدليل مكانه للدلالة على أقصى ارتفاع في درجة الحرارة، ويرتفع الزئبق في أثناء انكماشه في الأنبوبة (ب) دافعا أمامه دليلا آخر يبقى في مكانه بعد ذلك دالا على أقصى انخفاض في درجة الحرارة.

 

المزدوج الحراري: يستخدم المزدوج الحراري  لقياس درجات الحرارة العالية مثل درجة حرارة الأفران، وهو يتكون من نوعين من الفلزات مثل الحديد والنحاس وتكون منهما دائرة كهربائية بحيث يتصلان معا في بداية الدائرة  وفي نهايتها.

وعندما يكون أحد طرفي اتصال الفلزين أعلى في درجة الحرارة على الطرف الثاني، تنشأ قوة دافعة كهربائية في الدائرة يمكن قياسها بجلفانومتر متصل بالدائرة، وتزداد القوة الدافعة الكهربائية بزيادة الفرق في درجة الحرارة بين نقطتي اتصال الفلزين.

ويمكن استخدام الاختلاف في تمدد الفلزات في قياس درجة الحرارة، فإدا صنعنا قضيبا مكونا من شريطين ملتحمين من الحديد والنحاس ، ثم عرضنا هدا القضيب لمصدر حراري.

 

فاننا نجد أن القضيب سينثني بحيث يكون شريط النحاس، وهو الاكثر تمددا إلى الخارج، وشريط الحديد إلى الداخل، وقد استعملت هذه الخاصية في صنع ترمومترات لقياس الحرارة في مطابخ المنازل وفي الحمامات.

وهي على شكل مزدوج من هذين الفلزين على هيئة لولب يكون فيه النحاس في داخل اللولب والحديد على سطحه الخارجي، وعند ارتفاع درجة الحرارة يتمدد اللولب فيحرك مؤشرا على تدريج مناسب للدلالة على درجة الحرارة.