تاریخچه، تعریف و روش عملکرد دماسنج

تاریخچه:
نخستين وسيله واقعي علمي را براي اندازه*گيري درجه حرارت در سال 1592 گاليلهاختراع كرد وي براي اين منظور يك بطري شيشه*اي گردن باريك انتخاب كرده بود. بطري با آب رنگين تا نيمه پر شده و وارونه در يك ظرف محتوي آب رنگيني قرار گرفته بود. با تغيير دما هواي محتوي بطري منبسط يا منقبض مي*شد و ستون آب در گردن بطري بالا يا پايين مي*رفت. وسيله گاليله مقياسي واقعي براي سنجش دما نبود به طوري كه وسيله وي بيشتر جنبه دما نما داشت. تا جنبه دماسنج در سال 1631ري تغييراتي را در دمانگار گاليله پيشنهاد كرد. پيشنهاد وي همان بطري وارونه گاليله بود كه در آن فقط سرد و گرم شدن از روي انقباض و انبساط آب ثبت مي*شد.
در سال 1635 دوك فردينالند توسكاني، كه به علوم علاقه*مند بود دماسنجي ساخت كه در آن از الكل (كه در دمايي خيلي پايين*تر از دماي آب يخ مي*بندد.) استفاده كرد. و سر لوله را چنان محكم بست كه الكل نتواند تبخير شود.سرانجام در سال 1640 دانشمندان آكادمي لينچي در ايتاليا نمونه*اي از دماسنج*هاي جديدي را ساختند كه در آن جيوه به كار برده و هوا را دست كم تا حدودي از قسمت بالاي لوله بسته خارج كرده بودند. توجه به اين نكته جالب است كه در حدود نيم قرن طول كشيد تا دماسنج كاملاً تكامل يافت.
به دنبال كشف دماسنج گابريل دانيل فارنهايت دانشمند هلندي در قرن هفدهم نوعي دماسنج گازي و الكلي ساخت كه با دقت اندازه*گيري بيشتري مي*تواند دماي هوا را اندازه*گيري كند. او به سال 1714 ميلادي دماسنج جيوه*اي را طراحي و با ضريب دقت بالايي با شيوه*اي خاص درجه*بندي نمود. فارنهايت نتايج تحقيقات خود را در سال 1724 ميلادي منتشر ساخت.
آندرس سيليسيوس دانشمند سوئدي به سال 1723 دماسنج جيوه*اي را به صد قسمت مساوي تقسيم*بندي نمود. اندازه*گيري دماي هوا به روش سانتيگراد، (سيليسيوس) به نام پرافتخار ايشان ثبت شده است.
ژول دانشمند انگليسي با اعتقاد به اين كه گرما نوعي انرژي است آزمايش*هاي فراواني در اين راستا به انجام رسانيد. او با اندازه*گيري اختلاف دماي آب در بالا و پايين يك آبشار صد و ده متري روي تبديل انرژي پتانسيل آب به گرما بررسي*هاي فراواني به انجام رسانيد. پس از انجام اين بررسي*ها او به اين نتيجه رسيد كه مقدار انرژي در جهان ثابت است فقط مي*تواند از صورتي به صورت ديگر تبديل شود. پس اجسام مي*توانند در حالت تعادل گرمايي وجود داشته باشند. ژول در سال 1843 اظهار داشت كه هرگاه مقدار معيني از انرژي مكانيكي به نظر ناپديد آيد، همراه آن مقدار معيني گرما ظاهر شده است و اين دلالت بر پايستگي چيزي دارد كه امروزه آن را انرژي مي*ناميم. ژول مي*گويد كه او خشنود است از اينكه عوامل بزرگ طبيعت به فرمان خالق فناناپذير هستند و اينكه هرگاه (انرژي) مكانيكي صرف شود هم ارز گرمايي دقيقي از آن به دست مي*آيد.
اين گفته را ژول با كار خود در آزمايشگاه به دست آورده بود او اساساً مرد عمل بود و وقتي اندك براي تفكرات فلسفي درباره* يافته*هاي خود داشت. در حالي كه ديگران بر مبناي استدلالهاي ذهني به همان نتيجه رسيده بودند كه مقدار كل انرژي در جهان ثابت است.
اينك پس از سالها گذر از نظريات ارزشمند دانشمندان انسان توانسته است با بكارگيري روابط و قوانين انرژي گرمايي را بيشتر شناخته و در نيروگاههاي توليد برق، كارخانه*هاي فولاد سازي، نيروگاههاي هسته*اي، موتور هواپيماي غول پيكر و هزاران هزاران پديده او را مهار ساخته و بكار گيرد.

تعریف دما سنج
میزان الحراره که سرما و گرما را نشان میدهد، این لفظ فرانسوی است و در فارسی مستعمل است لیکن هنوز جزء زبان نشده است(فرهنگ نظام). ماخوذ از ترموس بمعنی گرما و مترون بمعنی اندازه یونانی و آلتی است که از روی آن میزان گرما اندازه گیری میشود و معمولا از یک لوله شیشه ای که دو طرف آن بسته و در قسمت پایین آن مخزنی پر از جیوه یا الکل تعبیه شده است تشکیل می گردد برای مدرج ساختن آن ، ترمومترهای جیوه ای را در ظرف بخار آبی که در حال جوش است (کنار دریا) قرار میدهند، جیوه بر اساس خاصیت انبساط اجسام در مقابل حرارت در لوله بالا میرود ودر نقطه ای که توقف می کند آن نقطه را با عدد 100 علامت می گذارند. سپس مخزن جیوه را در خرده یخ در حال گداز می گذارند. جیوه از لوله پائین می آید و در نقطه ای متوقف می شود که آن را، نقطه صفر میزان الحراره فرض می کنند و در حقیقت نقطه انجماد آب یا نقطه ذوب یخ است . آنگاه میان این دو رقم را با اعداد علامت گذاری نموده که هر قسمت را یک درجه نامند. و اینگونه ترمومترها که بصد درجه تقسیم شده اند ترمومتر سانتی گراد می نامند. چه غیر از این درجه بندی انواع دیگری نیز وجود داردکه از آنجمله است ترمومتر رئومور و ترمومتر فارنهایت . ترمومتر رئومور - در این گرماسنج نقطه یخ یا صفر درجه سانتی گراد برابر است ولی نقطه غلیان آب در این گرماسنج 80 درجه است چه دانشمند فرانسوی در گرماسنج خود بین نقطه انجماد آب یا ذوب یخ و نقطه غلیان آب را 80 درجه تقسیم کرده و بالنتیجه 80 درجه ترمومتر رئومور برابر با صد درجه ترمتر سانتیگرادمیباشد.

محدوده کاری دما سنج
باید توجه داشت که با ترمومترهای جیوه ای نمی توان سرماهای کمتراز 35 درجه زیر صفر را اندازه گیری کرد زیرا جیوه در 39 - درجه سانتی گراد منجمد میشود. از این روی برای اندازه گیری سرماهای شدید از ترمومترهای الکلی استفاده می کنند زیرا الکل در 120 درجه سانتی گراد مایع است و بالعکس در 78 درجه سانتی گراد بجوش می آید از این روی ترمومتر ماگزیما و منیما را بطور مرکب بکار می برند که از الکل و جیوه تشکیل می یابد این نوع میزان الحراره می تواند حداکثر درجه حرارت و حداقل آنرا در مدت معینی مثلا یک شبانه روز تعیین کند و از یک میزان الحراره الکلی دراز تشکیل شده است و برای اینکه جای زیاد نگیرد ساقه آنرا دو مرتبه خم کرده اند و در قسمت خمیده آن که بشکل «ایو»ی فرانسه می باشد جیوه ریخته شده و بدین ترتیب الکل به دو قسمت تقسیم می شود: یک قسمت در طرف راست لوله باقی می ماند که بالای آن حباب خالی از هواست کمی الکل در آن بخار می شود و طرف چپ آن منتهی به مخزن الکل است . در بالای دو طرف جیوه دوسوزن فولادی موسوم به نشانه قرا دارد.

طرز عمل
طرز عمل - وقتی هوا گرم میشود الکل مخزن وسطی منبسط می گردد و جیوه را در شاخه چپ بطرف پائین میراند و در نتیجه جیوه در شاخه دومی بالا می رود و نشانه راهمراه می برد. وقتی هوا سرد میشود الکل منقبض می شود و بجای خود برمی گردد. ولی نشانه طرف راست بکنار لوله می چسبد و پائین نمی آید. در صورتی که جیوه در طرف چپ ، نشانه را بالا می برد و اگر دو مرتبه هوا گرم شود این نشانه به کنار لوله می چسبد و این عمل در مدت معینی چندین بار ممکن است تکرار شود. هنگام بازدید ترمومتر نشانه طرف راست حداکثر درجه حرارت و نشانه طرف چپ حداقل آن را نشان میدهد در صورتی که سطح جیوه در این موقع در هر شاخه را که بگیریم درجه حرارت همان زمان را تعیین میکند. مثلا در حداعلای درجه حرارت 5/21 + و حداقل آن 5/10 - و درجه حرارت موقع بازدید 12 درجه است و برای باز گرداندن نشانه های آهنی تا سطح جیوه از یک آهن ربای نعلی شکل استفاده میشود.