مقياس الحرارة
مقياس الحرارة أو ميزان الحرارة أو المِحْرَار هو أداة صغيرة تُستخدم لقياس درجات حرارة الغازات والسّوائل والمواد الصلبة. ويستعمل كثيرا في الطب لقياس درجة حرارة المرضى ومتابعة رعايتهم الصحية، كما تستخدم أنواع أخرى لقياس درجة حرارة الطقس، وتوضع هذه في الخارج (خارج النوافذ أو الأبواب). إذ لها أهميتها من ناحية معرفة نوع الملابس الملائم للخروج.
تاريخ تطور مقياس الحرارة
إن أول من ابتكر مقياس الحرارة هو العالم الإيطالي جاليليو في القرن السادس عشر، لكنه كان ضخماً ويتطلب وقتاً طويلاً لقياس الحرارة، وكان من الصعب نقله من مكان لآخر.
- ابتكر جأبريل فهرنهايت مقياساً آخر في القرن الثامن عشر، كان أصغر في الحجم، لكنه ظل وسيلة غير عملية لقياس الحرارة.
- أما أول مقياس شبيه بالأنواع المستخدمة حالياً فهو من ابتكار العالم الإنجليزي توماس كليفورد ألبوت في العام 1876.
- اعتمد عمل هذا المقياس ولأول مرة على استخدام الزئبق ومقارنة درجة تمدده بدرجة حرارة الجسم، كما بلغ طوله حوالي 15 سم.
اختراع نيوتن ودانيال فارنهایت لترمومترات أفضل
يعد القرن الثامن عشر في مجال العلم هو القرن الذي يمتاز باکتشاف العديد من أجهزة القياس والقيام بعمليات قياس مختلفة. فقد بدأ الباحثون إدراك مدى أهمية كل من القياس والملاحظة. ونتيجة ذلك، قاموا بتطوير أجهزة قياس جديدة حتى تفي باحتياجاتهم وأغراض البحث والقياس.
لعل الدراسات التي أجريت من أجل قياس الحرارة ودرجة الحرارة توضح تماما مدی أهمية تلك العملية. ولقد سلك نيوتن - وهو واحد من أعظم العلماء في هذه الفترة هذا السبيل مرة أخرى. وفي عام 1701، قام نیوتن بعمل أول ترمومتر عملی. ولقد قام أيضا بتطوير نماذج الترمومترات السابقة عن طريق تحديد "نقاط ثابتة" على مقياس يمتد بطول الأنبوبة الزجاجية محكمة الغلق ومفرغة من الهواء (وقد قام نیوتن باستخدام الزيت ، أما الغاز والماء والكحول والزئبق فقد تم استخدامهما من قبل). ولقد اختار نیوتن درجة الحرارة التي يتجمد عندها الماء لتكون أقل نقطة ثابتة ؛ بينما جعل درجة حرارة جسم الإنسان أو الدم - التي تكون ثابتة تقريبا - أعلى درجة ثابتة. كما تم تقسيم المسافة بين هاتين النقطتين أو العلامتين في الترمومتر بالتساوي إلى درجات.
فضلا عن هذا، تم ربط اسم العالم دانیال فارنهایت – الذي ولد في بروسيا - بأجهزة قياس درجات الحرارة حتى وقتنا هذا. ولقد قام فارنهایت باستخدام كل من الكحول والزئبق في الترمومترات الخاصة به، ولكن منذ حوالي عام 1714، اعتمد على استخدام الزئبق حيث يستطيع الزئبق قیاس نطاق أكبر من درجات الحرارة. وبالنسبة لدرجات الحرارة الثابتة على أي ترمومتر، قام فارنهایت بتحديد درجة الحرارة الخاصة بذوبان الجليد (32 درجة على هذا المقياس) ودرجة حرارة غليان الماء (212 درجة). وقام فارنهایت بتقسيم المسافة الفاصلة بينهما إلى 180 درجة بالتساوي. ولم يتضح السبب في اختيار هذه الأرقام في حد ذاتها. أما نقطة الصفر على مقياسه، فقد تم ضبطها بوجه عام على أقل الدرجات التي قام باختبارها في أمستردام حيث استقر.
بالإضافة إلى ذلك، قام فارنهایت باستخدام نماذج الترمومترات التي قام بتطويرها من قبل لتحديد النقاط التي تصل عندها السوائل المختلفة لدرجة الغليان ؛ معتقدا أن هذه الدرجات ثابتة. وحديثا، تم استبدال مقياس درجة الحرارة الخاص به بمقياس سلسیوس الدرجة الحرارة أو بالمقياس المئوي للحرارة (عام 1742)، ولكن ظل الأمريكان وغيرهم من بلدان أخرى يستخدمون هذا المقياس.
أحدث أنواع الترمومترات
يعد الباحث الفرنسي متعدد المؤهلات رينيه رومير - المشهور بدراساته في علم الأحياء (الذي اكتشف، على سبيل المثال، مدى فاعلية العصارة الهضمية) من الباحثين المهتمين بفن وعلم قياس درجات الحرارة. وقد استند في عمله في هذا المجال على دراسات إسحاق نيوتن ودانيال فارنهايت (١٧٠١). ولقد تم وضع التدرج القياسي على الترمومتر الكحولي للعالم رينيه رومير لأول مرة في عام ١٧٣٠ ؛ حيث صفر هي نقطة تجمد الماء و٨٠ هي نقطة غليانه. ولقد تم وضع هذه النقاط الثابتة بدقة شديدة، ولكن لم يستخدم هذا المقياس على نطاق واسع؛ كما أنه ظل مهملا لفترة طويلة حتى في فرنسا.
لعل الاسم الأكثر شهرة الآن في مجال قياس درجات الحرارة هو اسم العالم السويدي أندريس سلسيوس. فقد قام سلسيوس بابتكار المقياس المئوي لدرجات الحرارة في عام ١٧٤٢؛ حيث صفر هي درجة غليان الماء و٠ ٠ ١ هي درجة انصهار الجليد. وسرعان ما تم تعديل هذا المقياس ليصبح المقياس المستخدم على نطاق واسع الآن في كل أنحاء العالم. فقد أصبح ترمومتر سلسيوس - وهو عبارة عن أنبوبة زجاجية مملوءة بالزئبق - هو الأكثر استخداما في المعامل والأكثر دقة وبمساعدة هذه الترمومترات، استطاع جوزيف بلاك (١٧٦١) عمل بعض الاكتشافات المهمة التي يمكن من خلالها التعرف على الحرارة الكامنة والحرارة النوعية. وبحلول السبعينيات من القرن الثامن عشر، وصلت دقة القراءة حتى عشر لدرجة. وقد لاحظ سلسيوس نفسه أن الماء لا يغلى في الحقيقة دائماً عند الدرجة ٠ ١٠. ذلك، لأن درجة غليان الماء وغيره من السوائل ترتفع وتنخفض وفقا للتغيرات التي تطرأ على الضغط الجوي.
فكرة عمل مقياس الحرارة
وقد بُني مقياس الحرارة على أساس الحقيقة العلمية أن الخواص الفيزيائية للمواد تتغيّر بتغيُّر درجات الحرارة، مثل تمدد الجسم بارتفاع درجة حرارته.
وتشمل الخواص الفيزيائية للمادة المتغيّرة مع درجة الحرارة، حجم السائل، وحجم الجسم الصلب ،وأكبر تغير يحدث يحدث بتغير حجم الغازات مع درجة الحرارة، إذ يزيد حجم الغاز بنسبة 1/273 من حجمه لكل درجة مئوية يرتفعها أو لكل درجة كلفن. ومن الخواص الأخرى التي تتغير بتغير درجة الحرارة المقاومة، أي مقاومة سريان التيار الكهربائي في المواد والفلزات.
أنواعه
هناك عدة أنواع من مقاييس الحرارة نذكر الأساسية منها:
- المقاييس ثنائية الفلز
- المقاييس الكهربائية
- المقاييس الرقمية
- المقاييس الأحادية الاستعمال
- مقاييس البلور السائِل
ميزان الحرارة المعكوس
ميزان الحرارة المعكوس هو ميزان حرارة زئبقي يستعمل لقياس درحة حرارة أعماق الماءالجهاز اُستخدم من قبل العلماء من عام 1900 حتى 1970.
مقاييس جديدة لدرجة الحرارة
توجد طريقة جديدة لقياس درجة حرارة الاجسام تعتمد على تأثر بعض المواد الكيميائية بالحرارة وتغير لونها. وقد طبقت تلك الظاهرة في الكاميرات الحرارية التي تلتقط صورا تشبه الصور الفوتغرافية مع الفارق فبدلا من أن تري اختلافات الضوء والظل فهذه الكاميرات تري الأشياء طبقا لدرجة حرارتها وتعطي صورة ملونة لها بحيث يعطينا كل لون درجة حرارة معينة. وتستخدم آلات التصوير هذه مثلا لمعرفة أماكن تسرب الحرارة من المباني. ففي البلاد الباردة تعتمد درجة حرارة في البيوت على التدفئة، إما التدفئة المركزية أو بتسخين الدفايات. وتستهلك هذه الكثير من الوقود كلما كان تسرب الحرارة إلى الخارج كبيرا. ولمعرفة الحوائط والجدران التي تتسرب منها الحرارة، تلتقط آلات التصوير الحرارية الصور الملونة طبقا لدرجات الحرارة، وعن طريقها يمكن وضع خطة لعزل تلك الحوائط المسربة للحرارة، وذلك بتغطيتها بطبقة عازلة من الخارج.
كما يمكن بواسطتها البحث عن المفقودين من الأطفال إذا ما تاه أحد الأطفال في منطقة نائية. أو في حالة هروب أحد المساجين ولجوئه إل غابة قريبة. تقوم المروحيات بتصوير المنطقة بآلات التصوير الحرارية، وهي تستبين الأشخاص وتميزهم عما يحيط بهم من أشجار أو مباني بكشفها لحرارة أجسامهم البالغة 37 درجة مئوية.
