آشنایی با واحد های دما

8  واحد درجه حرارت که ممکن است آنها را بشناسید یا ممکن است آنها را نشناسید؟

همه ما هر روز از یک مقیاس دما برای صرفاً دانستن دمای بیرون یا تنظیم درجه حرارت در اتاق ما، استفاده می کنیم.

رفتار دما به قدری واضح است که دیگر به آن فکر نمی کنیم.

اما آیا می دانید 8  واحد درجه حرارت محبوب و مختلف وجود داشته است؟

و حتی اگر تعداد کمتری را نیز حساب کنید ، حتی بیش از 30 نفر نیز وجود داشتند.

خوشبختانه ما نیازی به استفاده از همه آنها نداریم. برخی دیگر استفاده نمی شوند و برخی دیگر فقط برای برنامه های خاص استفاده می شوند.

ممکن است تعجب کنید که چرا ما این همه واحد دمای مختلف داریم. آیا داشتن یک واحد بسیار ساده تر نخواهد بود؟

نه واقعاً، به همین دلیل واحدهای درجه حرارت مختلفی وجود دارد. به شما در این مقاله علت را توضیح می دهیم.

بیایید ابتدا به این 8 واحد دما نگاهی بیندازیم

مقیاس دمای نیوتن (1701)

شما مطمئناً باید پیش از این آقا اسحاق نیوتن (درجه 1643 – 1727 پوند) را بشناسید. یک داستان بسیار معروف در مورد او وجود دارد که می گوید او هنگامی که زیر درخت سیب نشست و یک سیب روی سرش افتاد ، تئوری گرانش را کشف کرد.

اگر این کاملاً درست باشد ، من نمی دانم ، اما او مطمئناً گرانش و خیلی بیشتر از اینها  را کشف کرد.

نیوتن یک ریاضیدان ، ستاره شناس ، خداشناس ، مؤلف و فیزیکدان انگلیسی بود. یکی از بزرگترین دانشمندان که تا کنون ، قابل مقایسه با انیشتین ، با اکتشافاتی مانند طیف رنگ (استفاده از منشور شیشه ای) یا سه قانون حرکت نبوده است.

در کنار همه این موارد علاقه مندی، او اولین کسی بود که در سال 1701 مقیاس دما را توسعه داد.

وی با دماسنج خود که از یک لوله شیشه ای ضخیم به قطر 1.5 تا 2 اینچ ساخته شده و با روغن کتان پر شده است ، دمای ذوب برف را اندازه گیری می کند. این درجه حرارت اولین نقطه تعیین شده وی در واحد دما شد. بنابراین او آن را به عدد 0 اختصاص داده است.

دومین نقطه تعریف شده دما در مقیاس نیوتن ، گرمای بدن بود که وی آن را “گرمای خارجی بدن در حالت طبیعی” توصیف کرد. وی این دما را 12 درجه حرارت تعریف کرد.

بله ، نیوتن در مورد دما صحبت نکرد ، اگرچه او ابزار خود را دماسنج خواند ، اما او آن را درجه حرارت نامید.

بنابراین ، اکنون او دماسنج خود را کالیبره کرده بود ، او می تواند شروع به اندازه گیری دما کند ، اما فقط در محدوده پایین تر است زیرا روغن بذر کتان در دمای 287 درجه سانتیگراد (بسته به خلوص) به دمای جوش می رسد. ثانیا ، روغن در اطراف جوش خود شروع به تجزیه می کند که می تواند ضریب انبساط آن را تغییر داده و دماسنج بدون کاربرد شود.

گرچه دماسنج کتان وی نیز می تواند درجه حرارت منفی کوچک را اندازه گیری کند ، نیوتن هرگز این بخش از مقیاس دما را بررسی نکرد. بنابراین مقیاس اندازه گیری اولیه نیوتن عدد منفی نداشت.

نیوتن قصد نداشت دماسنجی را برای استفاده روزمره اختراع کند. از آنجا که به عنوان سرپرست Royal Mint ، شرکت تولید سکه برای انگلستان منصوب شد ، وی بیشتر علاقه مند به تعیین نقاط جوش فلزات بود.

برای کالیبره کردن دماسنج خود برای دمای بالاتر از حرارت بدن ، او یک قطعه بسیار ضخیم از آهن را گرم کرد تا جایی که داغ شد.

وی دمای آهن گرم گداخته شده را درجه حرارت گرمای ذغال سنگ زنده در یک اجاق كوچك آشپزخانه متشكل از زغال سنگ گودال قیر توصیف كرد و بدون استفاده از زنگ زدن می سوزد.

توضیحات کاملاً دقیقی از درجه حرارت از من نخواهید، اما این مهم نیست زیرا قصد او این بود که دما را با استفاده از قانون سرمایش و دماسنج از قبل کالیبره شده ، محاسبه می کند.

بنابراین ، برای انجام این کار ، او قطعات کوچکی از فلزات مختلف را بر روی بلوک آهن گداخته خود قرار داد. این فلزات آلیاژهای قلع ، سرب و بیسموت بودند که با حرارت بلوک آهن نسبتاً سریع ذوب می شوند.

با خنک شدن آهن، آلیاژها یک به یک در دمای خاص خود جامد می شوند.

نیوتن زمان شروع خنک شدن بلوک آهنین و همچنین زمانهایی که آلیاژهای مختلف در آن جامد شدند را ثبت کرد. سرانجام ، وی به زمان خنک شدن آهن اشاره کرد که می توان دمای آن را مستقیماً با دماسنج روغن کتان اندازه گرفت. بدین معنی است که باید تا دمای بدن خنک شود.

اکنون او می توانست قانون سرمایش را برای محاسبه دمایی که آلیاژها در آن جامد شده بودند و دمای آهن در ابتدای آزمایش محاسبه می کرد.

وی 7 مورد تعریف شده جدید را در مقیاس دما یافت:

40 ° N: نقطه ذوب آلیاژ متشکل از یک قسمت سرب ، چهار قسمت قلع و پنج قسمت بیسموت

48 ° N: نقطه ذوب آلیاژ متشکل از قسمتهای مساوی بیسموت و قلع

57 ° N: نقطه ذوب آلیاژ متشکل از یک قسمت بیسموت و دو قسمت قلع

68 ° N: نقطه ذوب آلیاژ متشکل از یک قسمت بیسموت و هشت قسمت قلع

81 ° N: نقطه ذوب بیسموت

96 ° N: نقطه ذوب سرب

192 ° N: گرمای آهن با حرارت

اگر تاکنون از مقیاس دمای نیوتن چیزی نشنیده اید ، مشکلی نیست ، دیگر از آن استفاده نمی شود.

عکس

مقیاس دما Rømer (1701)

عکس

اوله کریستنسن رومر (°1644 – †1710) یک ستاره شناس دانمارکی بود که در کپنهاگ (دانمارک) تحصیل کرد و بعداً در پاریس برای کار به آنجا رفت.

وی همچنین با اخترشناسانی چون گوتفرید لایبنیتز ، کریستینان هویگنز و اسحاق نیوتن همکاری نزدیکی داشت.

در سال 1676 او اولین کسی بود که با استفاده از مشاهدات خود در مورد گرفتگی های Io ، یک ماه از سیاره مشتری ، سرعت آنرا را محاسبه کرد.

وی دریافت که نور با سرعت 225.000 کیلومتر در ثانیه حرکت می کند.

خوب ، آنقدرها دقیق نیست ، زیرا اکنون می دانیم 299.792،458 کیلومتر بر ثانیه (در خلا) است.

هنگامی که از پاریس بازگشت ، در سال 1681 ، او استاد نجوم در دانشگاه کپنهاگ شد و چند سال بعد به عنوان مدیر رصدخانه Roundtower منصوب شد.

او در خانه خود وسیله ترانزیتی خود را بنا کرده بود ، که او برای اندازه گیری موقعیت ستارگان استفاده می کرد ، اما این تجهیز در اثر شکست نور و تغییر دما تحت تأثیر قرار گرفت.

برای جبران تغییرات دما ، وی نیاز به دماسنج داشت.

پیدا کردن یک دماسنج خوب در آن زمان کار ساده ای نیست. حتی اگر یکی را پیدا کردید ، مقیاس دما ندارد. چه رسد به این که بتوان از آن برای مقاصد علمی استفاده کرد.

بنابراین ، او تصمیم گرفت به تنهایی یکی را ایجاد کند و آزمایشات خود را با یک لوله شیشه ای پر از spiritus vini که با زعفران رنگ شده بود، انجام داد.

این بدین معنی است که او از شراب به عنوان مایع دماسنج استفاده می کرد.

این تعدادی مزایا  را داشت. از آنجایی که شراب عمدتاً ترکیبی از آب و الکل است ، نسبت به آب خالص ، منحنی اتساع خطی بیشتری دارد. به یاد داشته باشید که آب در حدود 4 درجه سانتی گراد دارای رفتار کمی عجیب است.

بعداً از محاسبات می توان دریافت که این مخلوط حاوی 39٪ الکل بر حسب حجم است. آن زمان شراب قوی داشتند. جای تعجب نیست که محاسبه سرعت نور کمی خاموش بود.

در این مرحله ، او لوله شیشه ای و مایع را برای ریختن در اختیار داشت.

حال ، چگونه او دماسنج خود را کالیبره کرد؟

خوب ، هنگامی که او فهمید که فشار هوا در بالای مایع می تواند در ارتفاع ستون مایع تأثیر بگذارد ، وی لوله شیشه ای را در بالای آن مهر و موم کرد.

سپس قسمت حبابی دماسنج خود را در آب یخ غوطه ور کرد و یک علامت را روی لوله شیشه ای در بالای ستون مایع قرار داد.

سپس آن را در آب جوش غوطه ور کرد و علامت دیگری را بر روی لوله مشخص کرد.

بنابراین ، حالا دماسنج وی کالیبره شد. تنها چیزی که باقی مانده بود قرار دادن اعداد در مقیاس بود.

او اعداد منفی را نمی خواست زیرا این کار بسیار گیج کننده بود و ممکن است مردم هنگام نوشتن دما ، فراموش کنند که نشانه های منفی را جلوی شماره قرار دهند.

برای جلوگیری از این امر ، وی مقیاس خود را به 7 قسمت مساوی تقسیم کرد و 1 قسمت مساوی را زیر علامت نقطه انجماد آب قرار داد ، به طوری که این مقیاس کلا از 8 قسمت مساوی تشکیل شده است.

او عدد 0 را در پایین مقیاس و 60 در بالا نوشت. بین این دو علامت ، وی توزیع خطی درجه ها را ایجاد کرد. طبق این مقیاس ، نقطه انجماد آب در 7/5 درجه سانتیگراد بود.

این واقعیت که او شماره 60 را برای نقطه جوش آب انتخاب کرد ، هم چیز عجیبی نبود.

او به عنوان یک ستاره شناس ، به استفاده از سیستم شماره ای شصت تایی (پایه 60) برای انجام محاسبات و اندازه گیری زمان ، زاویه ها و مختصات جغرافیایی پرداخت.

این اولین دماسنجی بود که می توانست بارها و بارها با دقت زیاد کالیبره شود ، زیرا نقاط جوش و انجماد آب به راحتی در دسترس هستند.

با این وجود ، با گذشت سالها ، راه حلهای بهتری ظاهر شد و مقیاس دما رومر از استفاده خارج شد.

مقیاس دمای فارنهایت (1724)

دانیل گابریل فارنهایت (درجه 1686 – 1736 پوند) به عنوان فرزند والدین مرفه در دانزیگ (در حال حاضر گدانسک – لهستان) به دنیا آمد.اگر پدر و مادرش در سن 15 سالگی ناگهان در اثر مسمومیت قارچ از دست نمی داد ، او به تحصیل در پزشکی می پرداخت.

سرپرست او ، که دارای دو پسر و دو برادر داشتند ، طرفدار تحصیلات دانشگاهی نبودند و او را برای آمادگی دوره حسابداری به آمستردام (هلند) فرستادند.

با این حال فارنهایت بیشتر از کتاب خواندن به ابزار و تجهیرات علاقه مند بود. بنابراین دیری نگذشت که وی شروع به ساخت دماسنج های خود ، به روش قدیمی با تقسیمات به همان روش دماسنج های فلورنتین کرد:

حد بالای 90 درجه برای ‘گرمای شدید’

0 درجه برای ‘گرمای متوسط’

حد پایین 90 درجه برای ‘سرمازدگی شدید’

در سال 1708 برای دیدار با رومر به دانمارک رفت. معلوم شد که این یک دیدار جدی بوده که تأثیر عمده ای بر کارهای بعدی وی داشته است.

او از رومر دریافت که دماسنج های خوب و مداوم تقاضای زیادی برای کارهای علمی دارند. اما آنها باید با یکدیگر یکسان باشند تا اندازه گیری ها با یکدیگر مقایسه شود.

از آن پس وی متقاعد شد كه دماسنج نیاز به مقیاس دقیق دما دارد و این مقیاس باید قابل تجدید باشد.

او ایده مقیاس دما را از رامر گرفت اما به عنوان مثال اعشار را در واحدها دوست نداشت. 7،5 درجه برای انجماد آب و 22.5 درجه برای دمای بدن.

بنابراین او آنها را تا 8 و 24 گرد کرد و بدین ترتیب از نقطه انجماد آب و گرمای بدن به عنوان نقاط کالیبراسیون استفاده کرد.

این مقیاس است که در واقع مقیاس اصلی فارنهایت است. او به دلایل مختلف این مسئله را چند بار تغییر داد.

لحظه دقیق انجام این تغییرات کاملاً مشخص نیست زیرا فارنهایت از آزمایشات خود یادداشت برداری نکرد. تمام اطلاعات ما از نامه های او به دانشمندان دیگر ارسال شده است، بدست آمده است.

در مقطعی از زمان ، باید حدود سال 1713 باشد ، او تمام اعداد را در مقیاس خود در 4 ضرب کرد و به این مقیاس دامنه 96 درجه فارنهایت با نقطه انجماد آب در 32 درجه فارنهایت داد.

این امر باعث می شود مقیاس دقیق تر خوانده شود زیرا زیربخش های دقیق تری وجود داشت که هنگام استفاده از دماسنج های وی برای مقاصد علمی مفید بودند.

دلیل دیگر می توانست این باشد که 64 درجه بین دو نقطه کالیبراسیون او (96 درجه و 32 درجه) برای ساخت در قسمتهای مساوی بسیار آسان تر است ، زیرا 64 توان هشتم 2 است.

بنابراین با تقسیمات متوالی توسط هر یک از هر بخش مقیاس ، او به راحتی می توانست اعداد را در مقیاس خود قرار دهد.

برخی می گویند که او از آب نمک ، مخلوطی از نمک و آب استفاده کرده است که او را تا نقطه انجماد آن خنک کرده و از این به عنوان درجه کالیبراسیون برای 0 درجه فارنهایت استفاده می کرده است.

اما این قابل اثبات نیست و بسیار مشکوک است زیرا در نامه نگاری ها مخلوط های مختلفی یافت شده است که هیچکدام دقیقاً در دمای 0 درجه فارنهایت منجمد نمی شوند.

بیشتر محتمل است که وی از آب نمک به عنوان نقطه تست دماسنج خود استفاده کرده اما آن را با یخ زدن در آب کالیبره کند.

فارنهایت از الکل به عنوان مایع دماسنج استفاده کرد اما در واقع از آن راضی نبود زیرا الکل را با همان ترکیب به دست آوردن دشوار بود و بنابراین ضریب انبساط همیشه متفاوت بود.

ثانیا ، نقطه جوش الکل پایین است ، بنابراین اندازه گیری درجه حرارت بالا غیرممکن است.

برای رفع این مشکل ، او آزمایشات جدیدی را با مایعات مختلف دماسنج آغاز کرد تا سرانجام کشف کرد که جیوه مورد ایده آلی است.

فارنهایت نخستین کسی بود که از جیوه به عنوان مایع درون دماسنج استفاده کرد.

با جیوه او می توانست دماسنج هایی را تولید کند که بتواند تا 600 درجه فارنهایت اندازه گیری کند.

مزایای بیشتر جیوه عبارتند از:

دمای انجماد کم: 38- درجه سانتی گراد

دمای جوش بالاتر از 380 درجه سانتی گراد

ضریب انبساط یکسان در تمام دما

تبخیر نمی شود

رنگ نقره ای به راحتی قابل مشاهده است

اکنون می دانیم که جیوه نیز سمی است و بنابراین استفاده از آن ممنوع است.

در حدود سال 1713 ، او استفاده از دمای بدن یا “گرمای خون” را به عنوان یک نقطه کالیبراسیون متوقف کرد ، زیرا دریافت که بسیار غیرقابل اعتماد است.

این در حالی بود که فهمید دمای بدن جوانان بالاتر از افراد سالخورده است.

در عوض ، او از نقطه جوش آب به عنوان نقطه کالیبراسیون بالای مقیاس خود استفاده کرد. که این با 212 درجه فارنهایت مطابقت دارد.

او دماسنج جیوه ای داشت که در نقطه انجماد و جوش آب کالیبره شده بود و او به عنوان دماسنج استاندارد خود از آن استفاده می کرد که با آن همه دماسنج های دیگر را که ساخته بود مقایسه کرد.

فارنهایت ، که هرگز تحصیلات عالی نداشته است ، ریاضیات اختراعات خود را کاملاً نمی فهمید اما پشتکار و آزمایش مداوم وی به وی در ساخت وسایل اندازه گیری دقیق کمک کرد.

وی پس از گذشت چند سال از سفر ، سرانجام در سال 1717 در آمستردام مستقر شد و دماسنج ، فشارسنج و هواسنج را ساخت.

سرانجام در سال 1736 پس از خرج کردن تمام پولی که از وراثت والدینش و پولی که خودش بدست آورده بود برای آزمایشات، درگذشت.

مقیاس دما رئومور (1731)

René Antoine Ferchault de Réaumur (°1683 – †1757)، متولد لا روشه (فرانسه) ، یک نویسنده فرانسوی بود.

عکس

وی به تحصیل فلسفه ، حقوق مدنی و ریاضیات پرداخت و در سال 1703 به پاریس رفت تا تحصیلات خود را در زمینه ریاضیات و فیزیک ادامه دهد.

در سال 1708 ، در سن 24 سالگی ، او به عنوان عضو “Académie des Sciences’” انتخاب شد که مؤسسه ای برای ترویج تحقیقات علمی فرانسه بود.

در طول زندگی ، او بسیاری از مقالات علمی را در مورد بسیاری از شاخه های علوم نوشت ، از هندسه گرفته تا اشکال لانه های پرندگان و هر چیز دیگری که بین آنها بود.

به عنوان یک متخصص حشره شناس ، حشرات را مشاهده کرد که منجر به یافتن تعدادی از عناصر مانند احتمال استفاده از عنکبوتها برای تولید ابریشم یا فرآیند ساخت زنبورها از الیاف چوب برای ساختن لانه های آنها شد.

از آنجا که اندازه گیری دقیق دما در زمینه فیزیک از اهمیت بالایی برخوردار است و دماسنج هایی که برای این منظور استفاده می شدند معمولاً خیلی دقیق نبودند ، وی دماسنج خود را در سال 1731 توسعه داد.

رئومور می خواست دماسنج های قابل مقایسه ای را تولید کند که می تواند برای تحقیقات علمی مورد استفاده قرار گیرد.

عکس

تصویر دماسنج با درجه فارنهایت و رئومور( مجموعه موزه De Lakenhal ، لیدن)

وی دماسنج خود را تنها با یک نقطه ثابت ، یعنی نقطه انجماد آب ، که او با 0 درجه در مقیاس دما مشخص کرده بود ، تعریف کرد.

او به عنوان یک مایع دماسنج ، الکل (اتانول) را که آب رقیق شده را به جیوه ترجیح می داد ، زیرا دارای ضریب انبساط حرارتی بزرگتر است. اتانول ضریب  ppm / K 750 دارد ، در حالی که برای جیوه  ppm / K182 است.

در این روش اختلاف قابل توجهی برای همان تغییر دما در مقیاس مشاهده می شود.

رئومور با دقت ترکیب الکل و آب را انتخاب کرد به طوری که مایع گرماسنجی هنگام گرم شدن از نقطه انجماد آب تا نقطه جوش آب ، 8٪ از حجم را افزایش داد.

این بدان معنی است که 1000 قسمت در نقطه انجماد آب 1080 قسمت در نقطه جوش می دهد. و این منجر به تعریف نقطه جوش در دمای 80 درجه شد.

هنگام اعمال تقسیم خطی بین 0 تا 80 درجه ، وی از عدم خطی بودن گسترش مایعات چشم پوشی کرد و تأثیر فشار جو را در نظر نگرفت ، در نتیجه ، رئومور به هدف خود در تولید دماسنجهای مقایسه‌ای نرسید.

علاوه بر این ، دماسنج ها برای اندازه گیری درجه حرارت بالاتر مناسب نبودند زیرا الکل دارای نقطه جوش پایینی است. این باعث می شود برای بسیاری از کاربردها مناسب نباشد.

با این حال ، دماسنج های او به طور گسترده در اروپا مورد استفاده قرار گرفت. بیشتر از همه در فرانسه ، آلمان و روسیه است.

در حدود سال 1790 ، فرانسه سیستم متریک را معرفی کرد و بنابراین مقیاس سلسیوس را انتخاب کرد ، اما مقیاس رئومور تا اواسط قرن نوزدهم در بعضی از مناطق اروپا در مرحله استفاده قرار گرفت. در روسیه حتی تا اوایل قرن بیستم.

در حقیقت ، حتی امروز در برخی از بخش های صنایع غذایی ، از مقیاس رئومور هنوز استفاده می شود. به عنوان مثال برای اندازه گیری درجه حرارت شیر ​​در هنگام تولید پنیر در سوئیس و ایتالیا یا برای پخت و پز شربت شکر برای تولید ترشیجات در برخی از کشورهای اروپای غربی.

مقیاس دما دلیزل (1732

جوزف-نیکولاس دلیزل (درجه سانتیگراد 1688 – 1768) منجم و نقشه برداری فرانسوی بود. وی که در پاریس متولد شده بود ، ابتدا مطالعات کلاسیک را دنبال کرد ، اما خیلی زود به نجوم منتقل شد. وی در سال 1714 وارد آکادمی علوم فرانسه شد.

عکس

در سال 1725 ، سزار روس پیتر بزرگ او را برای ایجاد و اداره مكتب نجوم به سن پترزبورگ فراخواند. او فقط در سال 1726 به آنجا رسید. در آن زمان سزار از دنیا رفته بود.

در سال 1740 دلیزل سفری به سیبری انجام داد تا حرکت عطارد را به دور خورشید مشاهده کند. وی در 28 فوریه 1740 از سن پترزبورگ عازم آمریکا شد و در 9 آوریل وارد بریوزووو (سیبری) شد. سفری 42 روزه بود.

اما او شانس نداشت. تمام تلاشهای او بیهوده بود زیرا در 22 آوریل، خورشید توسط ابرها پوشیده شد. دلیزل قادر به مشاهده مشاهدات نجومی نبود.

در طول این سفر ، وی مشاهدات علمی بسیاری در مورد پوشش گیاهی و حیات وحش در سیبری انجام داد. علی رغم تمام تلاش های خود در زمینه نجوم ، وی به دلیل اختراع در مقیاس دما دلیزل بیشتر شناخته شد.

او اولین دماسنج های خود را در سال 1724 ساخت و از شراب به عنوان مایع ترمومتر استفاده کرد. او برخلاف رئومور ، شراب را با آب رقیق نکرد. دمای انبارهای رصدخانه پاریس تنها نقطه ثابت بود که وی برای کالیبراسیون دماسنج های خود استفاده می کرد.

شاید انتخاب دمای یک انبار تصادفی به عنوان یک نقطه ثابت کمی عجیب به نظر برسد ، اما در آن زمان بسیاری از دانشمندان معتقد بودند که دمای مکان های زیرزمینی ثابت است. به ویژه ، آنها متقاعد شدند كه این دما با میانگین دمای داخلی مطابق با خورشید از زمان خلقت زمین ، مطابقت دارد. این درست نیست ، همانطور که بعداً فهمیدیم.

از سال 1732 او نقطه ثابت خود را به نقطه جوش آب تغییر داد و آن را با 0 درجه نشان داد.

اما با توجه به اینکه شراب به عنوان مایع گرماسنجی یک مشکل جدی وجود دارد ، زیرا شراب در دمای پایین تر از آب جوش می آورد. دماسنج های شراب به راحتی نمی توانستند گرمای آب جوش را تحمل کنند.

برای حل این مشکل ، او مجبور شد مایع دماسنج خود را به جیوه تغییر دهد که دارای یک نقطه جوش بالاتر از نقطه جوش آب است.

در ابتدا این مقیاس دارای 2400 قسمت ، متناسب با زمستان در سن پترزبورگ بود. هر قسمت متناسب با صد هزارم انقباض جیوه در دماسنج ، با مقادیر بالاتر در دماهای پایین تر است.

این بدان معنی است که مقیاس دلیزل مقیاس معکوس بود ، که در آن افزایش سرما با اعداد بالاتر نشان داده شد. این مزیت را داشت که در یک قسمت وسیع از کاربرد ، اعداد هرگز منفی نبودند.

در سال 1738 مقیاس کمی توسط مجری Josia Weitbrecht ، یک استاد پزشکی و آناتومی در آلمان مجددا مورد استفاده قرار گرفت. او 0 درجه را به عنوان نقطه جوش آب نگه داشت اما مقدار 150 درجه را به عنوان نقطه انجماد آب اختصاص داد

مقیاس دلیزل تقریباً 100 سال در قرنهای هجدهم و نوزدهم در روسیه مورد استفاده قرار گرفت.

عکس

مقیاس دمای سانتیگراد (1742)

آندرس سلسیوس (1701-1744) یک ستاره شناس و فیزیکدان سوئدی بود که در 27 نوامبر 1701 در اوپسالا سوئد به دنیا آمد.

عکس

او استاد دانشگاه اوپسالا بود که از سال 1730 در حال تدریس نجوم بود. او به عنوان یک ستاره شناس ، تغییرات در میدان مغناطیسی زمین را تجزیه و تحلیل کرد و ابزارهایی برای اندازه گیری میزان درخشش ستارگان ایجاد کرد.

در سال 1741 او رصدخانه را در اوپسالا به همراه چند نفر دیگر تأسیس کرد اما وی به دلیل اختراع خود در مقیاس سلسیوس در سال 1742 مشهور شد.

سلسیوس مقیاس درجه حرارت خود را تنها با 2 نقطه تعریف شده بر اساس خصوصیات فیزیکی آب ایجاد کرد.

نقطه صفر (0 درجه سانتیگراد) در نقطه جوش آب تعریف شد و نقطه دوم (100 درجه سانتیگراد) در نقطه انجماد آب تعریف شد ، هر دو به فشار جوی استاندارد اشاره داشتند. بله ، این دقیقاً خلاف مقیاس سلسیوس است که امروزه آن را می شناسیم.

دلیل انتخاب مقیاس وارونه آن به این دلیل است که در آن زمان از دماسنج عمدتاً برای اندازه گیری دمای بیرون یا دمای بدن استفاده می شد که هر دو در محدوده بین 20- تا 40+ درجه مدرن سلسیوس قرار می گرفتند.

انتخاب 100 درجه سانتیگراد در نقطه انجماد آب هنگام یخ زدن در خارج از اعداد منفی جلوگیری می کرد.

برای مردم امروز این احساس کمی ناخوشایند است که می تواند به دلیل کاهش درجه حرارت افزایش یابد ، اما در پایان همه به این  مورد عادت کردند.

چند سال پس از اختراع مقیاس سانتیگراد ، برخی دانشمندان شروع به استفاده از مقیاس معکوس با 0 درجه سانتیگراد تعریف شده در نقطه انجماد آب و 100 درجه سانتیگراد تعریف شده در نقطه جوش آب کردند.

به خصوص زیست شناسان ، برعکس مقیاس جالب توجه بود. از آنجا که گیاهان در دمای 0 درجه سانتی گراد در معرض خطر مرگ هستند زیرا آب منجمد است ، دانشمندان مشخص کردند که دمای زیر نقطه انجماد آب را با عدد منفی و دمای بالاتر با عدد مثبت نشان می دهند.

در واقع مشخص نیست که چه کسی اولین بار مقیاس را معکوس کرد. برخی می گویند این کارولوس لینائوس (لینا) ، استاد پزشکی و رئیس باغ گیاه شناسی در دانشگاه اوپسالا بود ، برخی دیگر فکر می کنند مارتین استرومر بود که جانشین استاد فقید A. سلسیوس روی صندلی نجوم قرار گرفت.

از آنجا که در فاصله 100 درجه سانتیگراد در ابتدا آن را مقیاس سانتیگراد نامیدیم ، صد در صد لاتین بود ، اما در سال 1948 این نام به مقیاس سلسیوس تغییر یافت و نامی است که امروزه هنوز هم مورد استفاده قرار می گیرد.

این “Conférence Général des Poids et Mesures” بود که تصمیم به تغییر نام گرفت زیرا “درجه” از قبل به عنوان یک واحد اندازه گیری استفاده می شد و می توانست با “سانتیگراد” اشتباه گرفته شود.

سلسیوس در سال 1744 در سن 42 سالگی از بیماری سل درگذشت.

عکس

مقیاس دمای کلوین (1848)

ویلیام تامسون ، بارون کلوین 1 (°1824 – †1907) و همچنین لرد کلوین نیز نامیده می شد ، یک فیزیکدان و مهندس ریاضی اسکاتلندی-ایرلندی بود.

وی در بلفاست (ایرلند شمالی) به دنیا آمد و در دانشگاه گلاسگو در زمینه تجزیه و تحلیل ریاضی برق و ترمودینامیک کار کرد.

عکس

او به همراه بسیاری از دانشمندان دیگر ، نقش مهمی در تدوین قوانین اول و دوم ترمودینامیک ایفا کرد.

در سال 1866 او توسط ملکه ویکتوریا به دلیل کارهای نظری خود در زمینه تلگراف زیر دریایی و اختراعات خود برای استفاده در کابل های زیر دریایی مورد استفاده در پروژه تلگراف فرامنسی اعدام شد. وی افتخار عنوان ” Sir ” را به دست آورد تا جلوی نام خود را از آن استفاده کند: “سر ویلیام تامسون”.

به خاطر دستاوردهای خود در ترمودینامیک ، و به دلیل مخالفت خود با دولت برای ایرلند در انگلستان ، در سال 1892 مسحور شد و بارون کلوین از لارز (شهری در اسکاتلند) شد. کلوین نام رودخانه ای است که در نزدیکی آزمایشگاه وی در دانشگاه گلاسکو جریان دارد.

ویلیام تامپسون اولین دانشمند بریتانیایی شد که به مجلس لردها در انگلیس پیوست. بنابراین او را لرد کلوین نیز می نامند. لرد عنوانی در انگلیس است که به طور رسمی به یک بارون یا یکی از اعضای مجلس اعیان داده می شود.

کلوین ، مانند بسیاری از دانشمندان دیگر در آن زمان ، از ایده حداقل دمای مطلق که آنها آن را “نامحدود سرما” می نامیدند ، حمایت کردند. طبق فیزیک کلاسیک ، این دمائی خواهد بود که در آن تمام حرکت ها به طور کامل متوقف می شود.

به عبارت دیگر ، همه چیز منجمد است و دیگر هیچ حرکتی از اتم ها وجود ندارد.

در سال 1848 ، وی مقاله ای را با مقیاس دماسنجی مطلق منتشر کرد که بیان داشت که این حداقل دما مطلق 273- درجه سانتی گراد است. اکنون ، این مقدار تا 273.15- درجه سانتی گراد اصلاح شده است.

با توجه به این دانش ، او مقیاس دمای مطلق کاملاً جدید را با علامت صفر در حداقل دمای مطلق ایجاد کرد. بنابراین ،

K = -273,15°C0 است.

این بدان معنی است که دمای منفی در مقیاس کلوین غیرممکن است زیرا هیچ چیز نمی تواند سردتر از دمای مطلق صفر باشد.

تقسیمات موجود در مقیاس کلوین دقیقاً به اندازه درجه سانتیگراد است ، اما واحد کلوین به صورت درجه بیان نشده است و بنابراین نماد درجه وجود ندارد.

در حالی که مقیاس دمای نسبی ، به عنوان مثال فارنهایت یا سلسیوس ، دمای یک جسم را با یک نقطه ثابت انتخاب شده (مانند نقطه انجماد آب) مقایسه می کنند ، مقیاس دمای مطلق متفاوت عمل می کند. آنها دما را در مقایسه با صفر مطلق نشان می دهند.

به این ترتیب ، مقیاس دمای مطلق نه تنها دمای یک جسم را نشان می دهد بلکه اطلاعاتی درباره میزان انرژی جنبشی اتم ها و مولکول های آن نیز ارائه می دهد. انرژی مکانیکی در دمای صفر کلوین صفر است و در دماهای بالاتر مقدار بیشتری دارد.

از سال 1954 ، کنفرانس عمومی وزن و اندازه گیری (CGPM) کلوین را به عنوان واحد پایه دمای ترمودینامیکی تصویب کرد و تعریفی را برای این واحد تدوین کرد:

کلوین ، واحد دما ترمودینامیکی ، کسر 1/273,16 از درجه حرارت ترمودینامیکی نقطه سه گانه آب است.

از آنجا که نقطه سه گانه آب (273,16 K)  درجه حرارت بسیار دقیق و قابل تکرار است ، در مقیاس کلوین به عنوان نقطه ثابت انتخاب شده است.

آب مورد استفاده برای کالیبراسیون اندازه گیری دما فقط هیچی آب ندارد. در سال 1968 توسط آژانس بین المللی انرژی اتمی (مستقر در وین) استاندارد و به عنوان استاندارد آب وین اقیانوس (VSMOW) شناخته شده است. عنوان “آب اقیانوس” فقط به تبخیر آب های اقیانوس در چرخه آب به عنوان منبع اصلی آبهای سطحی و زیرزمینی تازه اشاره دارد.

عکس

علاوه بر نقطه سه گانه آب ، 16 نقطه تعیین کننده دیگر با توافق بین المللی انتخاب شده اند ، از نقطه انجماد هلیوم گرفته تا نقطه انجماد مس.

مگر اینکه دانشمند یا مهندس باشید ، از مقیاس کلوین استفاده کمی خواهید کرد زیرا صرفاً برای مقاصد علمی استفاده می شود.

عکس

مقیاس درجه حرارت درجه سانتیگراد (1859)

ویلیام جان مکورن رنکین (°1820 – †1872) استاد مهندسی عمران و مکانیک اسکاتلندی بود و علاقه زیادی به مهندسی راه آهن ، فیزیک مولکولی و ترمودینامیک داشت

عکس

وی در ادینبورگ (اسکاتلند) متولد شد اما در سال 1851 برای کار در دانشگاه گلاسکو به گلاسکو نقل مکان کرد و در آنجا به تدریس تئوری و عمل مهندسی عمران و مکانیک پرداخت.

رانکین به ویژه در ترمودینامیک علاقه مند بود و یک تئوری کامل در مورد موتور بخار و در حقیقت کلیه موتورهای گرما ایجاد کرد. وی همچنین در سایر شاخه های علوم ، ریاضیات و مهندسی علایق زیادی داشت.

در سال 1859 او مقیاس درجه حرارت خود را توسعه داد. این مقیاس ترمودینامیکی درست مانند کلوین بود ، اما مقیاس رانکین بر اساس درجه فارنهایت به جای درجه سانتیگراد بود ، همانطور که برای کلوین نیز اتفاق افتاد.

مقیاس دمای رنکین از صفر مطلق شروع می شود و هر تقسیم بندی دارای اندازه یک درجه فارنهایت است. بنابراین دمای R0 برابر با  0K یا 459،67- درجه فارنهایت است.

نقطه سه گانه آب ، که R 491،688 است ، به عنوان نقطه ثابت در مقیاس استفاده می شود. آب مورد استفاده در اینجا نیز مطابق استاندارد وین استاندارد آب اقیانوس وین (VSMOW) است.

بیشتر افراد واحد Rankine را با درجه R می نویسند ، اما مؤسسه ملی استاندارد و فناوری ایالات متحده (NIST) برای تأکید بر شباهت با کلوین ، توصیه می کند که از استفاده از نماد درجه استفاده کند.

مقیاس درجه حرارت درجه رنک فقط برای کاربردهای علمی اعمال می شود که فرمول ها در واحدهای آن بیان شوند. می توان از آن برای محاسباتی مانند انتقال گرمای تابش ، تغییر آنتروپی ، راندمان حرارتی موتور کاروت یا موتور گاز ایده آل استفاده کرد.

مقیاس رانکین تا حد زیادی با مقیاس کلوین جایگزین شده است. امروزه ، تصور می کنم پیدا کردن کار علمی با استفاده از واحد Rankine کار دشواری است. اما اگر می خواهید به مقالات علمی قدیمی شیرجه بزنید ، دانش این مقیاس دما می تواند مفید باشد.

رنکین ، مجرد و بدون فرزند ، در شب کریسمس در سال 1872 در سن 52 سالگی درگذشت.

چرا مقیاسهای مختلف دما داریم؟

همانطور که در ابتدای این مقاله به شما قول داده ام ، بگذارید برای شما توضیح دهم که چرا مقیاسهای مختلف دما داریم.

در طول تاریخ ، در قرن 18 و 19 ، بحث دانش بزرگی در مورد بهترین روش برای اندازه گیری دما وجود داشته است.

اول از همه ، کدام مایع ترمومتری باید استفاده شود؟ دوم اینکه ، چگونه مقیاس را فارغ التحصیل کنیم؟ و سوم ، چگونه آن را کالیبره کنیم؟

آزمایشهای زیادی ادامه داشت و برخی دانشمندان ، غالباً ستاره شناسانی که مجبور بودند اندازه گیری های خود را برای تغییرات دما جبران کنند ، شروع به ساخت دماسنج های خود کردند.

برخی از آنها کار خوبی انجام داده و موفق به ایجاد یک دماسنج قابل اعتماد شدند. دیگران موفق نشدند و دماسنج  های آنها به سرعت به فراموشی سپرده شدند.

بنابراین ، تکامل تاریخی در استفاده از مقیاس دما وجود داشته و هنوز هم وجود دارد. ما فقط یک مقیاس ایجاد نکردیم ، مقیاسهای مختلفی ایجاد کردیم.

برخی از این مقیاس ها به طور گسترده در اروپا و روسیه مورد استفاده قرار می گرفت. تغییر از یک مقیاس به مقیاس دیگر به زمان نیاز دارد تا مردم را ترغیب کنیم از مقیاس دیگر استفاده کنند. همانطور که می دانید مردم همیشه در برابر تغییر مقاومت می کنند.

مقیاس دما ، مانند نمونه هایی که توسط نیوتن ، رومر ، رئومور یا دلیزل ایجاد شده است ، وقتی بسیاری از کشورها در حدود سال 1790 شروع به معرفی سیستم متریک کردند ، مقیاس سلسیوس جایگزین شد. چند کشور سیستم امپریالیستی یا عرفی را حفظ کرده و به اندازه‌گیری درجه حرارت در فارنهایت ادامه دادند. امروز این کشورها ایالات متحده ، لیبریا و میانمار هستند. برخی دیگر از کشورها هم از فارنهایت و هم برای سلسیوس استفاده می کنند.

مقیاس های کلوین و رنکین فقط به دلایل علمی مورد استفاده قرار می گیرند ، بدین ترتیب کلوین تقریباً بیشترین مقیاس را دارد و رانکین فقط در چند رشته مهندسی خاص مانند نیروگاه های حرارتی استفاده می شود.

بنابراین ، این تنها 3 مقیاس مختلف را شامل می شود که فارنهایت ، سلسیوس و کلوین هستند. دانستن اینکه مقیاس فارنهایت در حال فروپاشی است ، ممکن است در آینده فقط دو مقیاس وجود داشته باشد. در نخایت ، شاید فقط کلوین باقی بماند ، اگرچه برای 3 درجه نشان دادن دمای بیرون کمی عجیب به نظر برسد.