Termometre ne gösterecek? Elektronik termometreler doğru şekilde nasıl kullanılır?

Termometrenin yaratılış tarihi yıllar önce başlıyor. İnsanlar her zaman belirli bir nesnenin ısınma veya soğuma miktarını ölçebilecek bir cihaza sahip olmak istemiştir. Bu fırsat 1592'de Galileo'nun sıcaklık değişimlerini belirlemeyi mümkün kılan ilk cihazı tasarlamasıyla ortaya çıktı. Bir cam top ve ona lehimlenmiş bir tüpten oluşan bu cihaza termoskop adı verildi. Tüpün ucu suyla dolu bir kaba yerleştirildi ve top ısıtıldı. Isıtma durduğunda topun içindeki basınç düştü ve atmosferik basıncın etkisi altında su tüpün içinden yükseldi. Sıcaklık arttıkça ters işlem meydana geldi ve tüpteki su seviyesi azaldı. Cihazın bir ölçeği yoktu ve ondan tam sıcaklık değerlerini belirlemek imkansızdı. Daha sonra Floransalı bilim adamları bu eksikliği ortadan kaldırdı ve bunun sonucunda ölçümler daha doğru hale geldi. İlk termometrenin prototipi bu şekilde oluşturuldu.

Gelecek yüzyılın başında, Galileo'nun öğrencisi olan ünlü Floransalı bilim adamı Evangelista Torricelli bir alkol termometresi icat etti. Hepimizin çok iyi bildiği gibi içindeki top cam bir tüpün altında bulunuyor ve su yerine alkol kullanılıyor. Bu cihazın okumaları atmosfer basıncına bağlı değildir.

D.G. tarafından ilk cıva termometresinin icadı. Fahrenheit'in tarihi 1714'e kadar uzanıyor. Tuzlu su çözeltisinin donma noktasına karşılık gelen shala'sının alt noktası olarak 32 dereceyi, suyun kaynama noktası olan üst nokta olarak 2120'yi aldı. Fahrenheit ölçeği bugün Amerika Birleşik Devletleri'nde hala kullanılmaktadır.

1730'da Fransız bilim adamı R.A. Reaumur, uç noktaların suyun kaynama ve donma sıcaklıkları olduğu bir ölçek önermiş ve Reaumur ölçeğinde suyun donma noktası 0 derece, kaynama noktası ise 80 derece olarak alınmıştır. Şu anda Reaumur ölçeği pratikte kullanılmamaktadır.

28 yıl sonra İsveçli araştırmacı A. Celsius, Reaumur ölçeğinde olduğu gibi suyun kaynama ve donma sıcaklıklarının uç noktalar olarak alındığı ancak aralarındaki aralığın 80'e değil 100'e bölündüğü kendi ölçeğini geliştirdi. dereceydi ve başlangıçta mezuniyet yukarıdan aşağıya doğruydu, yani suyun kaynama noktası sıfır, donma noktası ise yüz derece olarak alınıyordu. Böyle bir bölünmenin sakıncası çok geçmeden ortaya çıktı ve ardından Stremmer ve Linnaeus ölçeğin uç noktalarını değiştirerek ona alışık olduğumuz görünümü verdi.

19. yüzyılın ortalarında Lord Kelvin olarak bilinen İngiliz bilim adamı William Thomson, en düşük noktası -273,15 0C yani mutlak sıfır olan, bu değerde moleküllerin hareketinin olmadığı bir sıcaklık ölçeği önerdi.

Termometrenin ve sıcaklık terazisinin yaratılışının tarihini kısaca bu şekilde anlatabiliriz. Şu anda en yaygın kullanılan termometreler Celsius ölçeğidir, Fahrenheit ölçeği Amerika Birleşik Devletleri'nde hala kullanılmaktadır ve Kelvin ölçeği bilimde en popüler olanıdır.

Bugün, çeşitli temellere dayanan birçok termometre ve sıcaklık ölçüm cihazı tasarımı vardır. fiziki ozellikleri ve günlük yaşamda, bilimde ve üretimde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Yunancadan çevrildiğinde "ısıyı ölçmek" anlamına gelir. Termometrenin icadının tarihi, Galileo'nun suyun ısınma derecesini belirlemek için bir termoskop (lehimli tüplü bir top) yarattığı 1597 yılına kadar uzanır. Bu cihazın bir ölçeği yoktu ve okumaları atmosferik basınca bağlıydı. Bilimin gelişmesiyle birlikte termometre değişti. Sıvı termometreden ilk kez 1667'de bahsedildi ve 1742'de İsveçli fizikçi Celsius, 0 noktasının suyun donma noktasına ve 100 noktasının kaynama noktasına karşılık geldiği bir ölçeğe sahip bir termometre yarattı.

Dışarıdaki hava sıcaklığını veya vücut sıcaklığını belirlemek için sıklıkla termometre kullanırız ancak termometrenin kullanımı bununla sınırlı değildir. Bugün birçok yol var sıcaklığı ölçmek için maddeler ve modern termometreler halen geliştirilmektedir. En yaygın sıcaklık ölçer türlerini tanımlayalım.

Bu tip termometrelerin çalışma prensibi ısıtıldığında sıvının genleşmesi etkisine dayanmaktadır. Cıvayı sıvı olarak kullanan termometreler tıpta vücut ısısını ölçmek için sıklıkla kullanılır. Cıvanın toksisitesine rağmen, civanın genleşmesi doğrusal bir yasaya göre meydana geldiğinden, kullanımı diğer sıvılara kıyasla sıcaklığın daha doğru bir şekilde belirlenmesini mümkün kılar. Meteorolojide alkol termometreleri kullanılır. Bunun başlıca nedeni cıvanın 38 °C'de kalınlaşması ve daha düşük sıcaklıkların ölçümü için uygun olmamasıdır. Sıvı termometrelerin ortalama aralığı 30 °C ila +600 °C arasındadır ve doğruluk derecenin onda birini aşmaz.

Gaz termometresi

Gaz termometreleri sıvı termometrelerle aynı prensipte çalışır, yalnızca çalışma maddesi olarak inert bir gaz kullanırlar. Bu tip termometre, ölçeği sıcaklık birimleriyle derecelendirilmiş bir basınç göstergesine (basıncı ölçen bir cihaz) benzer. Gaz termometresinin temel avantajı mutlak sıfıra yakın sıcaklıkları ölçebilmesidir (aralığı 271 °C ila +1000 °C arasındadır). Ulaşılabilecek maksimum ölçüm doğruluğu 2*10 -3 °C'dir. Bir gaz termometresinin yüksek doğruluğunu elde etmek zor bir iştir, bu nedenle bu tür termometreler laboratuvar ölçümlerinde kullanılmaz, ancak bir maddenin sıcaklığının birincil belirlenmesi için kullanılır.

Bu tip termometre, gaz ve sıvı termometrelere benzer şekilde çalışır. Maddenin sıcaklığı metal spiralin veya bimetal bandın genleşmesine bağlı olarak belirlenir. Mekanik termometre son derece güvenilirdir ve kullanımı kolaydır. Bağımsız cihazlar olarak bu tür termometreler yaygın olarak kullanılmamaktadır ve şu anda esas olarak otomasyon sistemlerinde sinyalizasyon ve sıcaklık kontrolü için cihazlar olarak kullanılmaktadır.

Elektrikli termometre (direnç termometresi)

Bir elektrik termometresinin çalışması, iletken direncinin sıcaklığa bağımlılığına dayanır. Metallerin direnci sıcaklık arttıkça doğrusal olarak artar, bu nedenle bu tip termometrelerin yapımında metaller kullanılır. Yarı iletkenler, metallerle karşılaştırıldığında daha fazla ölçüm doğruluğu sağlar, ancak bunlara dayalı termometreler, ölçeğin kalibre edilmesiyle ilgili zorluklar nedeniyle pratikte üretilmez. Direnç termometrelerinin aralığı doğrudan çalışan metale bağlıdır: örneğin bakır için -50 °C ile +180 °C arası ve platin için -200 °C ile +750 °C arasıdır. Elektrikli termometreler üretimde, laboratuvarlarda ve deney standlarında sıcaklık sensörleri olarak kurulur. Genellikle diğer ölçüm cihazlarıyla birlikte paketlenirler

Ayrıca termokupl denir. Termokupl, 1822'de keşfedilen Seebeck etkisine dayalı olarak sıcaklığı ölçen iki farklı iletken arasındaki kontaktır. Bu etki, aralarında sıcaklık gradyanı olduğunda iki iletken arasındaki temasta potansiyel farkın ortaya çıkmasından oluşur. Böylece sıcaklık değiştiğinde kontaktan elektrik akımı geçmeye başlar. Termokupl termometrelerin avantajı tasarımlarının basitliği, geniş ölçüm aralığı ve bağlantı noktasını topraklama yeteneğidir. Ancak dezavantajları da vardır: Termokupl zamanla korozyona ve diğer kimyasal işlemlere karşı hassastır. Asil metallerden ve bunların alaşımlarından (platin, platin-rodyum, paladyum, altın) yapılmış elektrotlara sahip termokupllar maksimum doğruluğa sahiptir. Termokupl kullanılarak yapılan sıcaklık ölçümünün üst sınırı 2500 °C, alt sınırı ise -100 °C civarındadır. Termokupl sensörünün ölçüm doğruluğu 0,01 °C'ye ulaşabilir. Termokupl bazlı bir termometre, üretimdeki kontrol ve izleme sistemlerinin yanı sıra sıvı, katı, granüler ve gözenekli maddelerin sıcaklığının ölçülmesinde vazgeçilmezdir.

Fiber Optik Termometre

Optik fiber üretim teknolojilerinin gelişmesiyle birlikte, kullanımına yönelik yeni olanaklar ortaya çıkmıştır. Fiber tabanlı sensörler sergileniyor yüksek hassasiyet dış ortamda çeşitli değişikliklere neden olur. Fiberdeki sıcaklık, basınç veya gerilimdeki en ufak bir dalgalanma, fiberdeki ışığın yayılımında değişikliklere yol açar. Fiber optik sıcaklık sensörleri genellikle endüstriyel güvenliğin sağlanması, yangın alarmı, yanıcı ve toksik madde içeren kapların sızdırmazlığının izlenmesi, sızıntı tespiti vb. amaçlarla kullanılır. Bu tür sensörlerin aralığı +400 °C'yi aşmaz ve maksimum doğruluk 0,1°C.

Kızılötesi termometre (pirometre)

Önceki tüm termometre türlerinin aksine temassız bir cihazdır. Pirometreler ve özellikleri hakkında daha fazla bilgiyi web sitemizin ayrı bir bölümünde okuyabilirsiniz. Teknik bir pirometre, 100 °C ile 3000 °C arasındaki sıcaklıkları birkaç derecelik bir doğrulukla ölçebilir. Kızılötesi termometreler yalnızca üretim koşullarında uygun değildir. Vücut ısısını ölçmek için giderek daha fazla kullanılıyorlar. Bunun nedeni pirometrelerin cıva analoglarına kıyasla birçok avantajıdır: kullanım güvenliği, yüksek doğruluk, sıcaklık ölçümü için minimum süre.

Sonuç olarak, artık bu evrensel ve yeri doldurulamaz cihaz olmadan hayatı hayal etmenin zor olduğunu not ediyoruz. Basit termometreler günlük yaşamda bulunabilir: demirin sıcaklığını korumak için kullanılırlar, çamaşır makinesi, buzdolabı, ortam sıcaklığının ölçülmesi. Kuluçka makinelerine, seralara, kurutma odalarına ve üretime daha karmaşık sensörler kurulur.

Bir termometre veya sıcaklık sensörünün seçimi, kullanım kapsamına, ölçüm aralığına, okumaların doğruluğuna ve genel boyutlara bağlıdır. Geri kalanına gelince, hepsi sizin hayal gücünüze bağlı.

Satın alınan termometre 1,5 derece daha az gösteriyor (36,6 yerine 35,1), kalibrasyonu değiştirmek için ne yapılabilir?
İgor, Omsk

Sevgili Igor, öncelikle elektronik termometremizi seçtiğiniz için teşekkür ederiz. Ne yazık ki, cihazın modelini belirtmediniz, bu nedenle size kendi modelinize ait kullanım kılavuzundan tam alıntılar yapamam. Elektronik termometre için klasik talimatları kullanacağım.

Öncelikle elektronik termometrenin çalışma prensibi hakkında birkaç söz. Isıtıldığında cıva hacmindeki artış nedeniyle sıcaklığın belirtildiği klasik cıvanın aksine, bu da büyük ölçüde nasıl tutulduğunun önemsiz olmasını sağlar, hatta kolun altından bile geçebilirsiniz, bu hiçbir şeyi değiştirmez, elektronik - sensör uçta bulunur ve yalnızca bu parçanın ısıtılması sıcaklığı etkiler (iletkenin direnci sıcaklığa bağlı olarak değişir), termometrenin geri kalanında yalnızca teller bulunur. Bu nedenle sıcaklığın nasıl ölçüldüğüne çok dikkatli bakmanız gerekir. Uç “etin içine sıkışmış” olmalıdır, yani. koltuk altına sıkıca "yapıştırın" ve elinizle sıkıca bastırın. Temas sıkı değilse veya sensör kısmen serbestse sıcaklık daha düşük olacaktır.

Daha öte. Talimatlarda "Bip sesi ölçümün tamamlandığını göstermez. Bu, ateşinizin arttığı anlamına gelir, ancak çok az. Bip sesinden sonra termometreyi birkaç saniye daha tutmanızı öneririz." Bunu basit bir dile çevirirsek, termometre bip sesinden sonra onu çıkarmanız, sıcaklığa bakmanız, orada tutmanız (emin olmak için bir dakika daha), ardından göstergelere bakmanız ve farkı hatırlamanız gerekir. Ve ileride fazladan zaman beklememek için bu farkı ölçüme ekleyin. Genellikle fark 0,3-0,4 derecedir. ama ilk kez kontrol etmeniz gerekiyor.

Bu nedenle yanlış ölçüm tekniği ve termometrenin erken çıkarılması 1,5 derecelik bir “hata” verebilir. Ancak doğru kullanıldığında hiçbir sorun yaşanmaz.

Termometre okumasının doğruluğundan şüphe ediyorsanız, son derece basit bir test var - yaklaşık vücut sıcaklığında bir bardak ılık su dökün. Veya sıcak bir banyo. Cıvayı ve elektronik termometrenin ucunu oraya yerleştirin. Veriler 3 dakika sonra aynı olacaktır. Bu size termometrenin ne kadar iyi çalıştığını değerlendirme fırsatı verecektir. Bu test termometrede sorun olduğunu gösterirse servis merkeziyle iletişime geçin. Eminim sana yardım edebilirler.

Bunların hepsi klasik elektronik termometre için geçerlidir. Kızılötesi termometreniz varsa yazın. Size bu cihazla nasıl düzgün bakım yapacağınızı ve ölçüm yapacağınızı anlatacağım. Tüm sorunların çözülebileceğinden eminim.

Hayata göç eden anakronizmlerden biri modern adam, dışarıdaki hava sıcaklığını belirlemek için yerleşik alışkanlığa göre pencere çerçevesine vidalanan veya yapıştırılan bir dış mekan termometresidir. Neden anakronizm ve neden buna ihtiyaç duyulmuyor? Dikkatinize sunduğumuz yazımızda sizlere anlatmaya çalışacağız. Dış mekan termometreleri her yerde plastik pencerelere monte edilmiştir. Çoğu durumda, bu işe yaramaz aktiviteye zaman harcamanın mantıklı olup olmadığını düşünmeden bile.

Ancak belirli bir vatandaş kategorisi arasında böyle bir ihtiyaç mevcut olduğundan, bunun en iyi nasıl yapılacağına dair soruları elbette cevaplayacağız.

Plastik bir pencerenin arkasında termometreye ihtiyacım var mı?

Buluşlarından yakın geçmişe kadar sokak termometreleri, sokaktaki hava sıcaklığını gösterme sorumluluklarını az çok yerine getirdi. Tıpkı bugün ve elli yüz yıl önce olduğu gibi, Allah'tan habersiz yalan söylediler. Bu, cihazların özelliklerinden değil, herhangi bir yere ve herhangi bir şekilde kurulmuş olmalarından kaynaklanıyordu. Bu nedenle, belirli bir günde havanın ne kadar soğuk veya sıcak olduğu konusunda tartışmaların olması alışılmadık bir durum değildi. Tartışmacılar, ölçümlerine güvendikleri sokak termometrelerinin farklı koşullara yerleştirildiğini unuttular. Bazıları için - sabahları Güneş tarafından aydınlatılan bir pencerede, diğerleri için - sonsuza kadar gölgeli bir balkonun çerçevesinde ve diğerleri için - özel bir evin avlusunda bir direk üzerinde.

21. yüzyılda pencere dışında bu cihaza olan ihtiyaç tamamen ortadan kalktı. Hemen hemen herkesin bir cep telefonu veya akıllı telefonu vardır; bu cep telefonu veya akıllı telefon, tek dokunuşla ekranda hava sıcaklığı, nem, rüzgar kuvveti ve havanın "öznel" duyumları hakkında kesinlikle doğru ve objektif verileri gösterebilir ve gerekirse okumalara atmosferik değerin değerini de ekleyebilir. önümüzdeki bir gün veya bir hafta boyunca basınç ve yağış tahmini.

Ancak düşüncenin ve alışkanlığın ataletinin gücü o kadar güçlü ki, yataktan çıkmadan dışarıda havanın sizi nasıl beklediğini öğrenmek yerine, çoğu kişi pencerenin dışındaki sokak termometresine doğru yürüyor ve sevinçle ya da üzüntüyle dışarıdaki havanın nasıl olduğunu öğreniyor. hayal ettikleri şey hiç de öyle değil.

Termometreler hakkında biraz (termometreler)

Geleneksel olarak, günlük yaşamda dış hava sıcaklığını ölçmek için iki tür termometre kullanılır: alkol ve bimetalik.
Birincisi, renkli alkollü, hermetik olarak kapatılmış bir kılcal borudur; sıcaklık arttıkça veya düştükçe hava, uygulanan metrik ölçek boyunca kılcal damar boyunca kayarak ya genişler ya da daralır.

Bimetalik termometreler, sonunda bir okun yerleştirildiği, farklı genleşme katsayılarına sahip iki metalin alaşımından oluşan bir yaydır. Yay ısıtıldığında veya soğutulduğunda ya sıkışır ya da çözülür. Buna göre böyle bir yayın ucunda yer alan ok da yaylı derece ölçeğinde belli bir değeri göstererek hareket eder.

Üçüncü tip dış mekan termometreleri, odanın dışında bulunan bir sensörden sinyaller alan ve bunu sıcaklığı dijital olarak LCD ekranda görüntüleyen elektronik bir cihaza ileten elektronik termometrelerdir.

Şu anda, bu üç model yaklaşık olarak aynı ölçüde dağıtılmaktadır ve iki veya daha fazla okuma arasında bir tutarsızlık olması durumunda, cihazların kalitesi ve aritmetik ortalamanın matematiksel hesaplamalarının nedeni hakkında sahiplerden gelen sonsuz şikayetlerin konusu olarak hizmet etmektedir. daha fazla termometre.

En doğru okumalar, her şey eşit olmak üzere, elektronik termometreler tarafından verilir. Uzaktan ısı ölçüm elemanları daha sıkı metrolojik kontrole tabi olduğundan (Çin olanlar hariç) ve sıcaklık sensörleri doğrudan güneş ışığına erişilemeyen yerlere takılabilir.

Bimetalik termometreler en düşük güvenilirliğe sahiptir. Nüfusun orta ve en popüler konumu alkol termometreleri tarafından işgal edilmektedir. Ancak cihazın yaşı dikkate alınmalıdır. Size ne kadar uzun süre hizmet ederse, sizi o kadar çok aldatır. Bunun nedeni alkol sıvısının kademeli olarak buharlaşması ve kılcal damarın üst kısmında yoğunlaşmasıdır.

Sonuç olarak, renkli sıvı sütunu giderek kısalır ve dışarıdaki sıcaklık "düşük" ve "düşük" hale gelir.

Termometrenin yalan söylemesini önlemek için ne yapılmalı?

Çerçevede bulunan dış mekan termometresinden hava sıcaklığı hakkında kesinlikle güvenilir bilgi alın plastik pencere neredeyse imkansız. Birinci neden evden yayılan termal radyasyondur. Pencerelerden% 30'a kadar ısının kaybolduğu biliniyorsa, buna göre yayılan ısı, termometre okumalarında sıcaklığı artırma yönünde ayarlamalar yapacaktır.

İkinci faktör termometrenin yanlış takılmasıdır. Genellikle en kolay ve en sürekli erişimi sağlayan pencerelere monte edilirler. Bunlar mutfak pencereleri veya yatak odası pencereleridir. Aynı zamanda, termometreyi kurmadan ve plastik pencerelerinizin hangi yöne yönlendirildiğini belirlemeden önce çok az kişi bir pusula veya 2GIS programı ile kontrol etmeyi düşünür. Doğuda ise termometre sabah, batıda ise öğleden sonra, güneyde ise gün boyunca "yalan" olacaktır. Bunun nedeni güneş aktivitesidir. Bulutlu havalarda bile evin güney duvarı daha güçlü ısınacak ve buradan yayılan ısı, termometrenizin güvenilir bir sıcaklık göstermesine izin vermeyecektir.

Mümkün olan en doğru ölçümler kuzey tarafında bulunan sokak termometreleri tarafından verilmektedir. Doğrudan güneş ışığına maruz kalmadıkları için objektiftirler.
Yanlış okumayı etkileyen üçüncü hata, termometre koruma gerekliliklerinin göz ardı edilmesidir. Doğrudan güneş ışınımının etkisinden koruyacak yansıtıcı bir ekranla dışarıdan kaplanmalıdır.

Dördüncü koşul, termometre ile evin duvarı (çerçeve veya cam dahil) arasında yeterli açıklık bulunmasıdır.
Bundan, bu koşulları gözlemlemeden her zaman +/- 3-5 ° C aralığında çok yaklaşık okumalar alacağınız sonucu çıkar.

Bir termometrenin takılması

Yukarıdaki argümanlar sizi ikna etmiyorsa ve hala pencerenizin dışına bir termometre takmak istiyorsanız, seçimini dikkatlice düşünün. Daha önce de belirtildiği gibi bimetalik termometreler en büyük hataları üretir. Bunun nedeni, cihazın içinde bulunan her bir yay için ölçeği seçmenin ve kalibre etmenin çok zor olmasıdır. Metal şeritlerden birinin kalınlığında birkaç mikronluk bir sapma, iki termometrenin okumalarının farklı olması için yeterlidir. Seri üretimde hiç kimse belirli bir yay için kendi terazisini yapmaz. Bu nedenle termometre okumaları hatalıdır.

Size Hizmet Verebilecek En Yaygın Alkol Termometreleri uzun yıllar ancak her yıl sıvı buharlaştıkça okumaları sıcaklığın "düşürülmesi" yönünde farklılık gösterecektir. Alkol termometresi seçerken mümkün olduğunca uzun kılcal boruya sahip bir cihaz almaya çalışmalısınız. Şişenin içinde kağıt terazilerle donatılmış çok sayıda hatıra termometresi başlangıçta kalibre edilmemiştir ve sıcaklığı büyük hatalarla gösterir.

Bir elektronik hava durumu istasyonu seçerseniz, seçimi yalnızca finansal yeteneklerinize ve cihazın gerçekleştirebileceği işlev sayısına bağlı olacaktır.

Termometreyi plastik bir pencerenin çerçevesine takmamak en iyisidir, çünkü güvenilir sabitleme yalnızca plastik vidalarla mekanik olarak vidalanarak mümkündür. Ve bir termometre kurmak uğruna profilinizi bozmaya pek değmez. Termometreyi ilk yıkama ve yağdan arındırma işleminden sonra yapıştırabilirsiniz. PVC profil, çift taraflı bant üzerine, ancak çok kısa ömürlüdür ve güzel bir günde pencerenizin dışında bir termometre bulamayabilirsiniz, bunun nedeni kuşlar, özellikle de herhangi bir yüzeye tünemeye hazır meraklı baştankaralar olabilir.

İnşaatta kullanılan şeffaf yapıştırıcılarla yapıştırılabilir. PVC plastikler veya şeffaf tesisat silikon mastik. Siyanoakrilat içeren Secunda yapıştırıcılar ile yapıştırılması tavsiye edilmez. Hız ve ilk sertleşme mukavemeti açısından olağanüstü niteliklerine rağmen, maddenin kendisi hava nemi ve UV radyasyonunun etkisi altında oldukça hızlı bir şekilde ayrışır ve yaklaşık bir yıl sonra yapıştırıcı artık tutmaz.

Bu nedenle en iyi seçenek, termometreyi evin duvarına uzak bir brakete monte etmek ve küçük vidalar veya çivilerle sabitlemek olacaktır. Termometreyi, güneşin doğrudan ışınlarından koruyacak, folyo malzemeden yapılmış basit bir ev yapımı ekranla donatmayı unutmayın. Termometre pencerenin açılmayan tarafına sabitlenmelidir, böylece havalandırma için hafifçe açılan kanat odadan gelen sıcak hava nedeniyle cihazın okumalarında ayarlama yapmaz.

Görünüşe göre bu herkes için açık - sıcaklık! Sıcaklık nedir?

Bir fizikçi bu konuyu çok güzel ifade etti: "Ölçüm yapmak, tam olarak neyin ölçüldüğünü bilmekten çok daha kolaydır." Ve neredeyse üç yüz yıl boyunca sıcaklıklar her yerde ölçüldü, ancak çok yakın zamanda, geçen yüzyılın sonunda sıcaklığın ne olduğu nihayet belli oldu.

Ama gerçekte termometre ne gösteriyor? “Sıcaklık” kavramının nasıl ortaya çıktığını bir kez daha izlemeye değer. Bir zamanlar havanın ısınmasının vücuttaki kalori içeriğinin artmasından kaynaklandığı düşünülüyordu. Latince kelime"sıcaklık", "karışım" anlamına geliyordu. Vücut sıcaklığı, vücut maddesi ve vücut kalorisinin bir karışımı olarak anlaşıldı. Daha sonra kalori kavramının kendisi hatalı olduğu gerekçesiyle bir kenara atıldı ve "sıcaklık" kelimesi kaldı.

Yaklaşık iki yüz yıl boyunca bilimde garip bir durum devam etti: rastgele seçilmiş bir maddenin (cıva) rastgele seçilmiş bir özelliği (genleşmesi) ve rastgele seçilmiş sabit noktalarda (eriyen buz ve kaynayan su) oluşturulan bir ölçekle, değer ( Sıcaklık), "sıcaklık" kelimesinin anlamı ölçüldü, açıkçası kimse için net değildi.

Ama termometre hâlâ bir şeyler gösteriyor, değil mi? Cevapta gerekli titizlik ve doğruluk gerekiyorsa, o zaman böyle bir sorunun şu şekilde cevaplanması gerekecektir: ısıtılmış cıva sütunundaki uzama dışında hiçbir şey yok.

Peki, eğer cıva başka bir maddeyle değiştirilirse: ısıtıldığında genleşen bir gaz veya katı bir madde, o zaman ne olur? Farklı bir temelde inşa edilen termometreler ne gösterecek?

Böyle termometreler yaptığımızı hayal edelim. Bir kısmını cıva ve havayla doldurduk, bir kısmını da tamamen demir, bakır, camdan yaptık. Her biri üzerinde doğru bir şekilde sabit noktalar belirleyelim: eriyen buzda 0°, kaynayan suda 100°.

Şimdi sıcaklığı ölçmeye çalışalım. Hava termometresi örneğin 300° gösterdiğinde diğer termometrelerin şunu göstereceği ortaya çıkacaktır:

cıva 314.1°,

demir 372,6°,

bakır 328,8°,

cam 352,9°.

Bu “sıcaklıklardan” hangisi doğrudur: “hava”, “cıva”, “demir”, “bakır” veya “cam”? Sonuçta test ettiğimiz maddelerin her biri kendi sıcaklığını gösteriyor. Bir "su" termometresi daha da ilginç davranırdı. 0° ile 4°C aralığında ısıtıldığında sıcaklıkta bir azalma görülür.

Elbette, termal genleşme yerine bir maddenin ısıtıldığında değişen başka bir özelliğini seçmeyi deneyebilirsiniz. Örneğin, bir sıvının buhar basıncındaki (örneğin alkol), elektrik direncindeki (örneğin platin) ve termoelektromotor kuvvetteki (termokupl) değişikliklere (ısıtıldığında) dayalı termometreler oluşturmak mümkündür. Günümüzde bu tür termometreler teknolojide yaygın olarak kullanılmaktadır.

İki sabit noktada ön kalibrasyona tabi olarak, bu tür termometreler örneğin 200°C'de şunları gösterecektir: alkol (buhar basıncıyla) 1320°, platin (dirençle) 196°, platin ve alaşımının rodyumla birleşimi (termokupl) 222°.

Peki tüm bu farklı “sıcaklıklardan” hangisi gerçek? Sıcaklığı nasıl ve neyle ölçmelisiniz?

Bu soruları cevaplamadan önce bunlarla ilgili en önemli şeyi, tam içeriğini ve anlamını anlamalısınız: "sıcaklığın nasıl ölçüleceği." Neden bu kadar “basit” bir soru ortaya çıkıyor?

Uzunluğu nasıl ölçeriz? Metre. Bir metre, bilim adamlarının tanımladığı standart bir cetvelin uzunluğudur.

kaybolmaması veya bozulmaması için çok dikkatli bir şekilde saklanırlar. Hacimleri nasıl ölçeriz? Litre cinsinden ölçülebilir. Bir litre, bir desimetreküpe eşit bir hacimdir. Sıcaklığı nasıl ölçeriz?

Bu sorular tamamen benzer, ancak cevapları temelde farklı. Bir fıçıya birkaç kova dökersek soğuk su, daha sonra varil suyla doldurulacak. Kovalardaki suyun hacimlerinin toplamı varilin hacmine eşit olacaktır. Ancak fıçıya ne kadar soğuk su dökerseniz dökün, sıcak su alamazsınız. Bu akıl yürütme hiç de komik ya da naif değildir ve bu gerçek hiç de apaçık değildir. Bu, deneyimlerimizden bildiğimiz için alıştığımız çok önemli bir doğa kanunudur. Birkaç kısa çubuktan uç uca bağlayarak uzun bir çubuk yapabilirsiniz. Ancak fırından çıkan sıcak kömürün sıcaklığıyla bir buz parçasının sıcaklığını ekleyemezsiniz. Bu, sıcak kömürün daha da ısınmasını sağlamayacaktır.

Sıcaklıkların toplamı olmadığından, uzunluğun, hacmin ve kütlenin ölçüldüğü gibi sıcaklığı da ölçmek imkansızdır. Bir metrenin herhangi bir uzunluğu ölçebildiği gibi, herhangi bir sıcaklığı doğrudan ölçebilecek bir sıcaklık birimine sahip olmak imkansızdır. Hacim, uzunluk, kütle bir sistemin kapsamlı özelliklerine örnektir. Bir demir çubuk birkaç parçaya bölünürse her birinin sıcaklığı değişmez. Sıcaklık bir sistemin yoğun özelliklerine bir örnektir. Farklı sıcaklıklar arasında doğrudan sayısal bir ilişki kurmak imkansız ve anlamsızdır.

Ancak sıcaklığı ölçmek gerekir. Peki, geniş miktarların ölçülmesine uygun bir yöntem kullanılarak ölçülemiyorsa nasıl ölçülebilir?

Bunun için tek bir yol mümkündür; sıcaklık ile herhangi bir kapsamlı miktar arasında nesnel bir bağlantı kullanmak: hacimde, uzunlukta değişiklik, galvanometre iğnesinin sapması vb.

Bu nedenle, yukarıda sıralanan çeşitli "sıcaklıklardan" hangisinin gerçek olduğu sorusunun cevabı ilk başta tuhaf görünebilir: hepsi eşittir. Bir sistemin sıcaklığa bağlı herhangi bir özelliği, onu karakterize etmek ve ölçmek için seçilebilir.

Termodinamik, sıcaklık ölçümlerinin en uygun şekilde gerçekleştirilmesine olanak sağlayan yöntemi ve maddeyi gösterebildi.

Bu ideal bir gazdır. Sabit basınçta genleşmesi veya sabit hacimde basıncın artmasıyla sıcaklık ölçümleri en uygun şekilde gerçekleştirilebilir. Bu ölçüm yöntemiyle doğadaki herhangi bir desenin sayısız ifadesi en basit hale gelir.

Ancak ideal bir gazın önemli bir dezavantajı vardır: Böyle bir gaz doğada mevcut değildir.

Basınç

Sıcaklık kavramı ne kadar karmaşık ve zorsa, “basınç” kavramı da bir o kadar basit ve açıktır. Herhangi bir okul çocuğu bunu fizik ders kitabının en başından beri iyi bilir. Basınç, birim yüzey alanına etki eden kuvvettir. Gaz ve sıvılarda basıncın yönü daima yüzeye diktir. "Basınç" kavramı katılara uygulanabilir, ancak katıların özelliklerinin basıncın etki yönüne (örneğin piezoelektrik etki) bağlı olabileceği sonucu çıkar.

Termodinamikte basınç ve sıcaklık, bir termodinamik sistemin durumunu belirleyen en önemli iki parametredir. Bu tanım, aynı sıcaklık ve basınç değerlerinde aynı miktar maddenin her zaman aynı hacmi kapladığı anlamına gelir. Doğrudur şunu eklemek gerekir: Bu tanım, sistemde bir denge durumuna ulaşıldığında geçerlidir.

0°C'de ve 1 atm basınçta herhangi bir gazın bir gram molünün yaklaşık 22,4 litreye eşit bir hacim kapladığını bilmek bir kimyager için çok faydalıdır. Hatırlamakta fayda var.

Sıcaklık

Uzak atalarımızın ateşle tanışmalarının ve ısıyı kendilerinin almayı öğrenmelerinin üzerinden muhtemelen yüzbinlerce yıl geçmiştir. Her birimiz sıcak sobanın başında ısındık, soğukta donduk. Görünüşe göre artık herkese çok tanıdık gelen sıcaklıktan daha tanıdık ve anlaşılır ne olabilir?

Ancak ısının ne olduğu sorusu o kadar basit değil. Bu sorunun doğru cevabı bilim tarafından oldukça yakın zamanda bulundu. Uzun zamandır bilim adamları bu sorunun karmaşıklığını fark etmediler bile.

Isının doğasına ilişkin ilk yorum tartışılmaz ve görünüşte açık bir gerçeğe dayanıyordu: Bir vücut ısıtıldığında sıcaklığı artar - dolayısıyla vücut ısı alır. Soğuduğunda vücut onu kaybeder. Bu nedenle ısıtılan herhangi bir cisim, kendisini oluşturan maddenin ve ısının bir karışımıdır. Vücut sıcaklığı ne kadar yüksek olursa, içine o kadar fazla ısı karışır. Günümüzde çok az kişi “sıcaklık” kelimesinin Latinceden çevrildiğini ve “karışım” anlamına geldiğini hatırlıyor. Mesela bir zamanlar bronz için “kalay ve bakırın sıcaklığı” denilirdi.

Isının doğasına ilişkin tamamen farklı iki açıklama, iki hipotez neredeyse iki yüzyıldır bilimde kendi aralarında tartışıyor.

Bu hipotezlerden ilki 1613 yılında büyük Galileo tarafından dile getirildi. Isı bir maddedir. Bu alışılmadık bir durum. Her türlü vücuda girip çıkabilir. Kalorili veya flojiston olan termal madde üretilmez veya yok edilmez, yalnızca cisimler arasında yeniden dağıtılır. Vücutta ne kadar çok olursa vücut ısısı da o kadar yüksek olur. Çok uzun zaman önce, termometrenin madde ve kalori karışımının gücünü ölçtüğüne inanılarak “ısı derecesi” (sıcaklık değil) derlerdi. (Şarabın (su ve alkol karışımı) sertliğini derece cinsinden ölçme geleneği hala korunmaktadır.)

Görünüşte Galileo'nun fikrinden tamamen farklı olan ikinci hipotez, 1620'de ünlü filozof Bacon tarafından dile getirildi. Herhangi bir demircinin uzun zamandır bildiği bir şeye dikkat çekti: Güçlü bir çekiç darbesi altında soğuk bir demir parçası ısınır. Sürtünme yoluyla ateş üretmenin bilinen bir yöntemi vardır. Bu, halihazırda ısıtılmış bir gövdeden ısı almadan, darbe ve sürtünme yoluyla ısı üretmenin mümkün olduğu anlamına gelir. Bacon bundan, ısının bir cismin en küçük parçacıklarının iç hareketi olduğu ve bir cismin sıcaklığının, içindeki parçacıkların hareket hızıyla belirlendiği sonucuna vardı. Bu teoriye bilimde mekanik ısı teorisi denir. Parlak Lomonosov bunu kanıtlamak ve geliştirmek için çok şey yaptı.

Temel farklılığa rağmen, her iki hipotezin de pek çok benzerliği vardır: Kalori teorisinden termometrenin vücutta bulunan kalori miktarını ölçtüğü sonucu çıkarken, mekanik ısı teorisine göre termometre vücudun içerdiği hareket miktarını gösterir. vücut. Her iki teoriye göre de mutlak sıfır sıcaklığın var olması gerekir. Kalori teorisine göre vücuttan kalorinin tamamı alındığında, mekanik teoriye göre ise vücut içindeki tüm hareketi kaybettiğinde bu başarı elde edilecektir.

Kalori teorisi neredeyse iki yüzyıl boyunca bilime egemen oldu. Basit ve açıktır. Ama yanılıyor. Farklı sıcaklıklardaki cisimlerin doğru bir şekilde tartılması, ısının ağırlıksız olduğunu gösterdi. Isının ağırlıksızlığı, ısının mekanik teorisiyle iyi bir uyum içindeydi. Daha sonra hareketin vücudun ağırlığını hiçbir şekilde etkilemeyeceğini düşündüler. Ancak artık bunun doğru olmadığını biliyoruz. Einstein'ın yasasına göre enerjinin kütlesi olmalı ve bu nedenle aynı zamanda "ağırlığı da olmalıdır"; yalnızca buna karşılık gelen ağırlık artışı, modern tartım doğruluğunun bile çok ötesindedir.

Isı, vücudun termal enerjisi ile karıştırılmamalıdır. Bir vücudun termal enerjisi, moleküllerinin hareketinin kinetik enerjisi ile belirlenir. Ancak ısı (bu çok önemlidir) termal enerjiye eşit olmaktan uzaktır. Ve daha da önemlisi ısı vücutta hiçbir şekilde muhafaza edilmez. Sobada yanan odunlardan hiç ısı gelmiyordu. Isı vücuda yalnızca girer veya çıkar.

Kaotik enerji miktarını hesaplamak hiç de zor değil termal hareket aşırı ısıtılmış su buharı moleküllerinden oluşan bir sistemde bu onun termal enerjisi olacaktır. Ancak soğuduğunda bu sistemden salınabilecek ısı miktarı hiçbir şekilde termal enerjiye eşit değildir: önce buhar soğuyacak, sonra sıvı suya yoğunlaşmaya başlayacak, sonra su soğuyacak ve son olarak da buharlaşacaktır. su donacaktır. Suyun buharlaşma ısısı ve buzun erime ısısı çok yüksektir. Böylece kızgın buhardan, içerdiği termal enerjiden çok daha fazla ısı elde edilebilir.

Bu nedenle, kesin olarak konuşursak, her iki hipotez de yanlıştır - ne termal bir madde olarak ısı fikri ne de ısının mekanik teorisi. İkincisi deneyimlerle doğrulanmıştır, ancak bunun ısıyla hiçbir ilgisi yoktur ve yalnızca termal enerjiyle ilgilidir ve bu aynı şey değildir.

İş

Mekanik iş yapmak, direncin üstesinden gelmek veya yok etmek anlamına gelir: moleküler kuvvetler, yay kuvveti, yerçekimi, maddenin ataleti vb. Bir cismi aşındırmak, taşlamak, parçalara ayırmak, yükleri kaldırmak, yol boyunca bir araba çekmek,

rayların üzerinde yayı sıkıştıran bir tren var - tüm bunlar iş yapmak anlamına geliyor; bir süreliğine direncin üstesinden gelmek anlamına gelir. İş yapmak, bir gazın, sıvının, katının veya kristalin direncini yenmek anlamına gelir. Bir gazı, sıvıyı veya kristali sıkıştırmak iş yapmak anlamına gelir.

Benzer olmayan olayları adlandırmak için aynı "iş" adı kullanılır, ancak dışsal farklılıkların arkasında ortak temel özellikler görülmelidir. İş hareketi içerir: yük kaldırılır, araba hareket eder, piston motor silindiri içinde kayar. Hareket olmadan iş olmaz.

İş düzenli hareket etmeyi gerektirir. Yükün tamamı yukarı doğru hareket eder. Arabanın tamamı yol boyunca tek yönde hareket eder. Pistonun tamamı silindir içinde tek yönde hareket eder. İki katılımcı olmadan çalışma imkansızdır. Bir yükü kaldırmak için başka bir ağırlığın düşmesi, yayın düzelmesi ve gazın genleşmesi gerekir. Her iki katılımcı da sırayla hareket ediyor. İş, düzenli hareketin bir sistemden diğerine aktarılmasıdır.

İşin yalnızca mekanik hareketle ilişkilendirilebileceği düşünülmemelidir. Elektrik veya manyetik alan değiştiğinde de iş yapılabilir.

Bir sistemin iş yapabilme yeteneği termodinamik açısından elbette çok önemlidir. Ancak sistemin tam olarak ne iş yapabileceği termodinamik açısından önemli değildir. Bu işin tam olarak nasıl hesaplanabileceği ve nasıl ölçülebileceği başka bir bilim tarafından söylenmelidir.

Mekanik işin tanımı mekanik tarafından verilmektedir. Her okul çocuğu bu tanımı bilir: iş (A), kuvvetin (F) ve yolun (l) çarpımına eşittir.

Eğer kuvvet sabit değilse, o zaman kuvvetin sabit kabul edilebileceği yolun yeterince küçük her bölümünde (matematikçiler diyor ki - sonsuz küçükte) iş miktarını hesaplamanız gerekir.

dA=Fdl,

ve sonra kat edilen tüm yol boyunca işin sonsuz küçük değerlerini özetleyin:

Henüz matematiksel formüllerden korkmaktan vazgeçmemiş olanlar için, integral işareti ∫'nin sadece uzatılmış bir S harfi, yani "toplam" kelimesinin başlangıcı olduğunu hatırlamakta fayda var.

Fiziksel kimyada, bir maddenin ince bir toz (toz) halinde ezilmesi veya buhardan yeni bir sis veya duman fazının ortaya çıkmasıyla ilişkili süreçler sıklıkla dikkate alınır. Bu tür işlemlerle çok sayıda küçük parçacıktan oluşan devasa yeni bir yüzey ortaya çıkıyor ve bunun oluşumu için önemli miktarda çalışma yapılması gerekiyor. Bu çalışma göz ardı edilemez. Yüzey geriliminin (a) çarpımına ve yeni yüzeyin alanına (S) eşittir:

Sabun köpüğü üflerken de bu tür bir çalışma gereklidir.

Isı mühendisliği, herhangi bir ısı motorunun çalışmasını hesaplarken, genişleyen bir gazın, örneğin bir buharlı lokomotifin silindirindeki veya bir türbindeki su buharının yaptığı iş miktarını kullanır. Bu çok önemli iş türü, gaz basıncının ve hacmindeki değişimin çarpımı ile ölçülür:

Örneğin elektrokimya farklı bir iş türünü biliyor. Elektrik işi pil veya galvanik hücre, elektromotor kuvvet (E) ile yükteki değişimin (q) çarpımına eşittir:

için tüm ifadelerin olduğunu fark etmek ve hatırlamakta fayda var. çeşitli türler eserler birbirine çok benziyor. Herhangi bir iş mutlaka iki faktörün çarpımı ile ölçülür: bazı genelleştirilmiş kuvvetler / (bu evrensel yerçekimi kuvveti, manyetik kuvvet veya Elektrik alanı, basınç, yüzey gerilimi, herhangi bir mekanik kuvvet vb.) ve değerler a - ilgili sistem parametresindeki değişiklikler (kat edilen mesafe, elektrik yükleri, yüzey alanı, hacim vb.):

A=∫fda.

arasındaki farkı incelemek termodinamiğin görevi değildir. farklı şekiller iş. Diğer bilimlerin bununla ilgilenmesi gerekiyor. Pek çok farklı iş olabilir. Tek bir sıcaklık var.