علوم (ترمومتر)

الـتّرمومـتر أداة صغيرة تُستخدم لقياس درجات حرارة الغازات والسّوائل والمواد الصلبة. وقد بُنيت الترمومترات على أساس الحقيقة العلمية التي تقول إن الخواص الفيزيائية القابلة للتغير لبعض المواد تتغيّر بتغيُّر درجات الحرارة. وتشمل الخواص الفيزيائية المتغيّرة في المادة مع تغيُّر درجة الحرارة، حجم السائل وطول الجسم الصلب. ومن الخواص الأخرى التي تتغير بتغير درجة الحرارة المقاومة، أي مقاومة سريان التيار الكهربائي ـ وذلك في المواد الموصلة للكهرباء.
توجد ثلاثة أنواع أساسية من الترمومترات 1ـ ترمومتر السائل ذو الغلاف الزجاجي 2ـ الترمومتر التّشْويهيّ 3ـ الترمومتر الكهربائي. وتُصْنَع مُعظم الترمومترات في الوقت الحالي في شكل ترمومترات رقمية، وأخرى يمكن التخلص منها بعد استخدامها.



ترمومتراتُ السائِل ذي الغلاف الزجاجي. وهي أشهر أنواع الترمومترات. وتشمل هذه المجموعة الترمومترات المستخدمة في قياس درجات الحرارة داخل المباني وخارجها، وقياس درجة حرارة الأجسام، كذلك تقدير درجات الحرارة أثناء الطبخ. ويعدّ الزئبق أكثر السوائل استخدامًا في هذا النوع من الترمومترات. ويستعمل الكحول في المناطق التي تنخفض فيها درجات الحرارة بصورة دَوْرية لتصل إلى أقل من درجة حرارة تَجَمُّد الزئبق، أي أقل من -39°م. ويُملأ السائل سواء أكان زئبقًا أم كحولاً بصيلة الترمومتر التي تَتصل بأنبوب زجاجي محكم القفل مملوء جزئيًّا بالسائل. ويتمدد السائل ويزداد حجمه عند رفع درجة حرارته، وبهذا يرتفع مستواه في الأنبوب الزجاجي. ويوجد على السطح الخارجي للترمومتر تدريج حراري.




الترمومترات التشويهية (ثنائية الفلز). هي الترمومترات التي يتغيّر شكلها نتيجة ارتفاع أو انخفاض درجة الحرارة. ويوجد نوعان من هذه الترمومترات هما: الثنائي الفلز وأنبوب بوردون. والترمومتر الثنائي الفلز، هو الأكثر شيوعًا، ويتألف من شريحتين فلزيتين مختلفتين مثل الحديد والنحاس، وتُثبَّتُ الشريحتان معًا لِيُكوِّنا قضيبًا واحدًا. وعند ارتفاع درجة الحرارة، يتمدد كلا الفلزين، ولكنّ معدل تمدد كل منهما يختلف عن الآخر، ويؤدي ذلك إلى انحناء القضيب. ويتسببُ انحناءُ القضيب في تحرك المؤشر إلى أعلى أو إلى أسفل مقياس الحرارة مشيرًا إلى التغيُّر في درجة الحرارة. ومن أشهر أنواع الترمومترات ثنائية الفلز المرسمة الحرارية، وتحتوي على قلم لتسجيل تغيرات درجة الحرارة.
والنوع الثاني من الترمومترات التَّشويهيَّة هو ترمومترات أنابيب بوردون، وهي عبارة عن أنابيب فلزية مقوّسة قابلة للانثناء مملوءة بسائل كالجليسرول والزِّيلين. وعند ارتفاع درجة الحرارة فإن السائل يتمدد، ويصاحب التمدد استقامةُ الأنبوب حتى يتكيف مع الزيادة في حجم السائل. ويثبت في نهاية الأنبوب قلم أو مؤشر ليدل على درجة الحرارة.




الترمومترات الكهربائية. تشمل الترمومترات الكهربائية كلا من المزدوجات الحرارية وترمومترات المقاومة. والمزدوجات الحرارية أكثر أنواع هذه المجموعة استخدامًا، وتتألف من سِلْكَين فلزيين مختلفين يفتل طرفاهما معا لتكوين وصلتين. ويطلق على إحدى هاتين الوصلتين الوصلة المرجعية ، وتكون عند درجة حرارة ثابتة هي في العادة درجة حرارة الصفر المئوي. ويتولّد بين السلكين قدر صغير من فرق الجُهد وذلك بمجرد تغير درجة حرارة الوصلة الأخرى. ويقاس فرق الجهد بمقياس يطلق عليه مقياس المليفولت والذي يحتوي في العادة على تدريج لدرجات الحرارة. وتصنع الأسلاك الفلزية لمعظم المزدوجات الحرارية المستخدمة لقياس درجة حرارة الجو غالبا من النحاس وسبيكة يطلق عليها كُونسْتانْتان. أما أسلاك المزدوجات الحرارية المستخدمة في قياس درجات الحرارة العالية والتي ربما تصل إلى 2,800°م فتكون من فلزات أخرى يمكنها تحمل درجات الحرارة العالية. انظر: الدائرة الكهربائية. ويقاس في هذه الترمومترات التغير في المقاومة الكهربائية للفلز الناشئة عن تغير درجة الحرارة ويُترجم التغير في المقاومة إلى درجات حرارة. ويستخدم العلماء ترمومترات المقاومة البلاتينية لضبط جميع أنواع الترمومترات الأخرى والتأكد من دقتها. كما تُستخدم ترمومترات المقاومة البلاتينية ذات الدقة العالية لقياس درجات الحرارة في مدى يتراوح بين 259,35°م تحت الصفر و 961,78°م على المقياس العالمي لدرجة الحرارة لعام 1990م. ويتميز المقياس العالمي لدرجة الحرارة بأنه مرجع عالمي موحد لقيم درجات الحرارة.



الترمومترات الرقمية. تُستخدم الترمومترات الرقمية الدوائر والأجهزة الإلكترونية لبيان درجة الحرارة. وفي هذه الترمومترات تظهر قراءة درجة الحرارة في صورة أرقام. وتقيس الترمومترات الرقمية درجات الحرارة عن طريق أداة دقيقة بها يطلق عليها المسْبار. ويصنع المسبار إما من مادة فلزية كالنحاس أو البلاتين أو من إحدى المواد شبه الموصلة. انظر: شبه الموصل. وتتسَّبب تغيرات درجة الحرارة في تغيرات كبيرة في المقاومة الكهربائية لهذه المواد. ومعظم أشباه الموصلات أكثر حساسية لتغير درجات الحرارة مقارنة بالفلزات.



الترمومترات أحادية الاستعمال. هي الترمومترات المستخدمة لقياس درجة حرارة الإنسان. وتتميز هذه الترمومترات بأنها أقل تكلفة في تصنيعها من الترمومترات العادية، ولهذا فإنها تتوافر بأسعار مقبولة.
وتفقد هذه الترمومترات دِقَّتها بعد استخدامها لمرة واحدة، ولكن يصنع في الوقت الحالي عدد قليل من هذه الترمومترات يمكن إعادة استخدامه عدة مرات قبل التخلص منه.
تُصنع بعض هذه الترمومترات من مواد تنصهر عند درجة حرارة معينة، وبعضها الآخر يُصنع من مواد يطلق عليها اسم السوائل البلورية وهي تغير مظهرها عند درجة حرارة معينة. انظر: البلورة.



التدريجات الحرارية. تُنتَج بعض الترمومترات باستخدام تدريج فهرنهيتي، بينما تُنتج معظم الترمومترات الحرارية بتدريج مئوي. وعلى الرغم من أن بعض الترمومترات وبخاصة في الولايات المتحدة الأمريكية تستخدم تدريجًا فهرنهيتيًّا إلا أن هناك بعض الترمومترات التي تحمل كلاًّ من التدريجين المئوي والفهرنهيتي معاً. وتستخدم معظم ترمومترات الأغراض العلمية مقياس كلفن.
يتجمد الماء في التدريج المئوي عند درجة حرارة الصفر، ويغلي عند درجة الحرارة 100°م. ويستخدم مقياس كلفين للقياس في الأغراض العلمية، ويتجمد الماء في هذا المقياس عند درجة حرارة 273ك ويغلي عند درجة حرارة 373ك. بينما يتجمد في التدريج الفهرنهيتي عند درجة 32°ف ويغلي عند درجة 212°ف. انظر: الأوزان والمقاييس.
تُبنى كل مقاييس الحرارة حاليًا على أساس مقياس الحرارة العالمي الذي وضع عام 1990م. وتتحدد درجات الحرارة على هذا المقياس عن طريق سلسلة من الدرجات الثابتة تُسمى حالات التوازن وهي ذات قيم محددة، وتُبيّن درجات الحرارة بوحدات مئوية أو كلفنية، كما يمكن تحويلها إلى المقاييس الأخرى لدرجات الحرارة.



نبذة تاريخية. تم اختراع أول الترمومترات المعروفة بوساطة عالم الفلك الإيطالي جاليليو عام 1593م. وكان يسمى المكشاف. وقد تميز هذا الجهاز بدقة متوسطة فقط. لكن في عام 1641م تم تطويره بحيث صارت تستخدم فيه الكحول. وفي عام 1714م اكتشف الألماني جبريل دانيل فهرنهايت الترمومتر الزئبقي، وهو الذي يُستخدم حتى اليوم.