קטגוריות: עובדות מעניינות, אוטומציה ביתית
מספר צפיות: 24844
הערות לכתבה: 1
חיישני טמפרטורה. חלק ראשון קצת תיאוריה והיסטוריה
מה הטמפרטורה
לפני שתתחיל את הסיפור על חיישני טמפרטורה, עליך להבין מהו טמפרטורה מבחינת הפיזיקה. מדוע גוף האדם מרגיש שינוי בטמפרטורה, מדוע אנו אומרים שהיום הוא חם או סתם חם, ולמחרת הוא קר, או אפילו קר.
המונח טמפרטורה מגיע מהמילה הלטינית, שמשמעותה בתרגום מצב תקין או תזוזה נכונה. ככמות פיזית, הטמפרטורה מאפיינת את האנרגיה הפנימית של חומר, את מידת הניידות של מולקולות, האנרגיה הקינטית של חלקיקים במצב של שיווי משקל תרמודינמי.
דוגמה לכך היא אוויר, שהמולקולות והאטומים שלו נעים באופן אקראי. כשמהירות התנועה של חלקיקים אלה עולה, הם אומרים שטמפרטורת האוויר גבוהה, האוויר חם או אפילו חם. ביום קר למשל, מהירות חלקיקי האוויר קטנה, מה שמרגיש כמו קרירות נעימה או אפילו "קור כלב". יש לציין כי מהירות חלקיקי האוויר אינה תלויה במהירות הרוח! זו מהירות אחרת לחלוטין.
זה מה שמעסיק אוויר, בו מולקולות יכולות לנוע בחופשיות, אבל מה עם גופים נוזליים ומוצקים? בהם קיימת גם התנועה התרמית של מולקולות, אם כי במידה פחותה מאשר באוויר. אבל השינוי שלו מורגש למדי, שקובע את הטמפרטורה של נוזלים ומוצקים.
מולקולות ממשיכות לנוע גם בטמפרטורת התכה של קרח, כמו גם בטמפרטורה שלילית. לדוגמה, מהירות מולקולת מימן בטמפרטורת אפס היא 1950 מ '/ ש'. בכל שנייה באוויר של 16 ס"מ ^ 3 מתרחשים אלף מיליארד התנגשויות במולקולות. עם עליית הטמפרטורה, ניידות המולקולות עולה, מספר ההתנגשויות בהתאמה עולה.
עם זאת, יש לציין כי טמפרטורה ו בחום המהות איננה אותו הדבר. דוגמא פשוטה: לתנור גז רגיל במטבח יש מבערים גדולים וקטנים שבהם אותו גז נשרף. טמפרטורת הבעירה בגז זהה, כך שגם הטמפרטורה של המבערים עצמם זהה. אבל אותה נפח מים, כמו קומקום או דלי, תרתח מהר יותר על צורב גדול מאשר על אחד קטן. הסיבה לכך היא שמבער גדול מפיק יותר חום, שורף יותר גז לכל זמן ליחידה, או שיש לו יותר כוח.
כיצד לקבוע את כמות החום, באילו יחידות? בקורס לפיזיקה בבית הספר ישנן בעיות רבות המוקדשות לחימום והרתחת מים, שהן מאוד מאלפות ומעניינות, אפילו רק בתהליך הפיתרון.
ליחידה של אנרגיה תרמית מקובלת קלוריות. זהו כמות החום המספקת חימום של 1 גרם (ס"מ ^ 3) מים לכל 1 מעלות צלזיוס. הטמפרטורה של הגוף הפיזי במעלות משקפת את רמת האנרגיה התרמית שלו. למדידת הטמפרטורה בה נעשה שימוש מדי חוםהמכונה לעתים קרובות מדי חום.
אם לשני גופים פיזיקליים יש אותה טמפרטורה, אז כאשר הם מחוברים, העברת חום אינה מתרחשת. אם לאחד הגופים יש טמפרטורה גבוהה יותר, אז כאשר הוא מחובר לגוף קר, הטמפרטורה של הקור עולה ולהיפך. הדרך הקלה ביותר לאמת זאת בעת ערבוב נוזלים: בחיי היומיום כולם היו צריכים, לפחות באמבטיה, לערבב מים חמים וקרים כדי להשיג את הטמפרטורה הנדרשת.
סולמות טמפרטורה
כידוע, ישנם כמה מאזני מדידת טמפרטורה. כיצד ניתן להסביר זאת מכיוון שהטמפרטורה זהה, אך בקני מידה שונים שונים לחלוטין?
חילוקי דעות כאלה אינם ייחודיים לטמפרטורה.אחרי הכל, אותו משקל בימים עברו נמדד בקילוגרמים וקילוגרמים, ועכשיו בגרמים וקילוגרמים, אותו דבר במידות ליניאריות: מילימטרים, מטר, אינצ 'ים, רגליים ופותחות ומרפקים ישנים מאוד.
היסטוריה קצרה של התפתחות סולמות טמפרטורה
הכי הרבה מדחום ראשון הומצא על ידי חוקר איטלקי מפורסם מימי הביניים גלילאו גליליי (1564-1642). פעולת המכשיר התבססה על תופעה של שינוי נפח הגז במהלך חימום וקירור. מדחום זה חסר סולם מדויק המבטא את הטמפרטורה בצורה מספרית, ולכן תוצאת המדידה הייתה לא מדויקת מאוד.
מכשירים מדויקים יותר למדידת טמפרטורה הוצעו על ידי פיזיקאי גרמני גבריאל פרנהייט (1686-1736) שבשנת 1709 התפתח מדחום אלכוהולובשנת 1714 כספית. סולם הטמפרטורות נקרא על ידי הממציא סולם פרנהייט.
נקודת ההתייחסות התחתונה בסולם זה (0 ° F) הייתה נקודת ההקפאה של תמיסת המלח. זו הייתה הטמפרטורה באותה שעה רחוקה שהייתה הנמוכה ביותר שניתן היה לשחזר ברמת דיוק מספקת. הנקודה הגבוהה ביותר הייתה טמפרטורת גוף האדם (96 מעלות צלזיוס), "שנמדדה תחת זרועו של אנגלי בריא."
באותה תקופה, פרנהייט חי באנגליה, וזה שם הוא גילה את תגליותיו. לכן במדינות דוברות האנגלית נעשה שימוש בסולם פרנהייט מזה זמן רב, בעידן המודרני, מדינות התרבות האנגלית עברו גם הן לסולם הצלזיוס. מדי חום רפואיים במדינות אלה עדיין משתמשים בסולם פרנהייט.
סולם טמפרטורות נוסף בשנת 1730 הוצע על ידי מדען צרפתי רנה ריומור (1683-1757) שבשנת 1737 הוכר כחבר כבוד באקדמיה למדעים בסנט פטרסבורג. לכן, ברוסיה למדידת טמפרטורה החלה להשתמש מדי חום עם סולם מחדש.
אותו דבר כמו סולם צלזיוסבקנה מידה זה היו שתי נקודות ייחוס - טמפרטורת ההתכה של קרח ונקודת הרתיחה של מים. תואר אחד בסולם כזה התקבל על ידי חלוקת הסולם כולו ל 80 חלקים - מעלות. סולם זה שימש במשך כמה עשורים בלבד, לאחר מכן הוא התיישן.
בשנת 1742, פיזיקאי שוודי אנדרס צלסיוס (1701-1744) הציע סולם טמפרטורות ידוע מוכר. הוא משתמש באותן נקודות התייחסות כמו Reaumur, רק הסולם מחולק באופן שווה לא ל 80, אלא ל 100 חלוקות. לפיכך, תואר אחד בסולם צלזיוס הוא 1/100 מההבדל בטמפרטורות הרתיחה וההקפאה של מים.
סולם הטמפרטורות האחרון הוצע על ידי האנגלי ויליאם תומסון (1824-1907), אשר לגופם המדעי בשנת 1866 קיבל את התואר הברון קלווין. סולם קלווין זה עדיין משמש כתקן העיקרי של תרמומטריה מודרנית. בסולם זה, אפס מוחלט (−273.15 ° C) נלקח כנקודת הייחוס.
על פי התיאוריה של קלווין, בטמפרטורה זו כל תנועה תרמית נפסקת. בטמפרטורה זו, לכל המוליכים אפס התנגדות לזרם חשמלי, מוליכות על. טמפרטורה כזו טרם הושגה על ידי אף אחד, היא קיימת רק תיאורטית.
המשך לקרוא במאמר הבא.
בוריס אלאדישקין, electro-iw.tomathouse.com
המשך סדרת המאמרים:
- חיישני טמפרטורה. צמידים תרמיים
- כמה סוגים נוספים של חיישני טמפרטורה: חיישני מוליכים למחצה, חיישנים למיקרו-בקרים
ראה גם באתר elektrohomepro.com
: