اندازه گیری دما

درجه سردی و گرمی جسم را دما می گویند دما کمیتی نسبی و مقایسه ای است, زیرا امکان دارد دمای جسمی نسبت به جسم دیگر سرد و در عین حال نسبت به جسم دیگری گرم باشد مبحث زیر در مورد روش اندازه گیری دما می باشد

درجه سردی و گرمی جسم را دما می‌گویند. دما کمیتی نسبی و مقایسه‌ای است، زیرا امکان دارد دمای جسمی نسبت به جسم دیگر سرد و در عین حال نسبت به جسم دیگری گرم باشد. مبحث زیر در مورد روش اندازه گیری دما می‌باشد.

● نگاه اجمالی

برای اندازه گیری دما از دماسنج استفاده می‌کنیم. ساده‌ترین دماسنج ، دماسنج جیوه‌ای است که تشکیل شده است از لوله نازکی که دارای مخزن کوچکی می‌باشد. درون مخزن از جیوه پر شده است و گرفتن گرما باعث بالا رفتن و پایین آمدن جیوه در دماسنج شده و از روی آن دمای جسم تعیین می‌شود. ارتفاع جیوه ، کمیتی است که در دماسنج جیوه‌ای موجب سنجش دما می‌شود. این کمیت کمیت دماسنجی نامیده می‌شود.

● مقیاس دماسنجی

بسیاری خواص فیزیکی سنجش‌پذیر وجود دارند که همچنانکه ادراک فیزیولوژیکی ما از دما تغییر می‌کند، آنها نیز تغییر می‌کنند. از جمله این خواص می‌توان از حجم یک مایع ، طول یک میله ، مقاومت الکتریکی یک سیم ، فشار یک گاز در حجم ثابت ، حجم یک گاز در فشار ثابت و رنگ نور رشته یک لامپ نام برد. هر یک از این خواص را می‌توان برای ساختن یک دماسنج یعنی بوجود آوردن یک مقیاس خصوصی دما ، بکار برد. چنین مقیاس دمایی را با انتخاب یک ماده دماسنجی بخصوص و استفاده از خاصیت دماسنجی خاصی از این ماده ، ایجاد می‌کنیم.

● دماسنج

برای تعیین یک مقیاس تجربی دما ، سیستمی با مختصات X و Y را به عنوان سیستم 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 منحنیهای هم‌دمای آن ، اختیار می‌کنیم. به هر سیستم دیگری که با دماسنج در تعادل گرمایی باشد، همین عدد را برای دما نسبت می‌دهیم.

● تابع دماسنجی

ساده‌ترین روش برای اندازه گیری دما این است که یک مسیر مناسب در صفحه XY ، بر طبق نمودار زیر که با خط چین y=y۱ نشان داده شده است، انتخاب کنیم. این خط ، منحنیهای همدما را در نقاطی قطع می‌کند که مختصه Y آنها مشترک ولی مختصه X آنها متفاوت است. سپس دمای وابسته به هر منحنی همدما را به عنوان تابع مناسبی از X در این نقطه تقاطع اختیار می‌کنیم. مختصه X ویژگی دماسنجی خوانده می‌شود و شکل تابع دماسنجی (X) مقیاس دما را تعیین می‌کند.

فرض می‌کنیم X نمایشگر یکی از ویژگیهای دماسنج باشد. بطور اختیاری می‌خواهیم مقیاس دما را طوری تعریف کنیم که دمای ۹۵۲ مستقیما با X متناسب باشد. بنابراین ، دمای مشترک بین دماسنج و همه سیستمهایی که با آن در تعادل گرمایی هستند، عبارتست از:

X = a X

● نقطه ثابت

بطور کلی معادله X=aX در مورد دماسنجی که در تماس با سیستمی است که دمای X آن باید اندازه گیری شود، بکار می‌رود. بنابراین ، معادله مذکور هنگامی بکار می‌رود که دماسنج با سیستم استانداردی که به دلخواه انتخاب شده و تولید آن ساده است، در تماس قرار گیرد. این حالت از سیستم استانداری که به دلخواه انتخاب شده است، یک نقطه ثابت خوانده می‌شود.

از سال ۱۳۳۳/۱۹۵۴، فقط یک نقطه ثابت استاندارد بکار رفته است که همان نقطه سه‌گانه آب یعنی حالتی است که در آن مخلوطی از یخ ، مایع و بخار آب خالص ، در تعادل قرار دارند. به دمایی که این حالت در آن وجود دارد، بطور اختیاری ۲۳۷،۱۶ کلوین که به اختصار به صورت ۲۳۷،۱۶k نوشته می‌شود،نسبت داده شده است و اکنون با محاسبه a از معادله بالا خواهیم داشت:

a = ۲۷۳.۱۶ k/Xt P

دمای نقطه سه‌گانه آب ، نقطه ثابت استاندارد دماسنجی است.

● شرط نقطه سه‌گانه

برای رسیدن به نقطه سه‌گانه ، آب بسیار خالص را که ترکیب ایزوتوپی آن عمدتا شبیه آب اقیانوس است، در ظرفی که در شکل زیر طرح آن نشان داده شده است، تقطیر می‌کنند. پس از این که تمام هوا از ظرف خارج شد، دهانه ظرف را مسدود می‌کنند. با کمک یک مخلوط سرد کننده در حفره داخلی ، یک لایه یخ در اطراف این حفره تشکیل می‌شود. وقتی که مخلوط سرد کننده با یک حباب دماسنج جایگزین شود، یک لایه نازک در اطراف این دماسنج ذوب می‌شود. مادامی که فازهای جامد ، مایع و بخار با یکدیگر در تعادل به سر می‌برند، سیستم در نقطه سه‌گانه است.