در دنیای امروز، آگاهی از دما و محیط اشیاء اهمیت زیادی دارد. از اندازه گیری دمای بدن انسان تا اندازه گیری دمای اتاق، کاربردهای زیادی برای این مفهوم وجود دارد. حتی در زمینه های پیشرفته تر، مانند صنایع مختلف یا حتی اختر فیزیکی، اندازه گیری دما اهمیت دارد. ترمومترها به عنوان ابزاری برای این اندازه گیری بسیار مفید هستند. از ترمومترهای ساده گرفته تا ترمومترهای پیشرفته، این ابزارها با پیشرفت تکنولوژی تغییرات زیادی را تجربه کرده اند.
امروزه، ترمومترها برای مصارف مختلفی استفاده می‌شوند و تنوع آن‌ها بسیار گسترده است که در ادامه هریک از آن ها را به طور جداگانه بررسی خواهیم کرد. همچنین در این مقاله آزمایش ساخت ترمومتر را داریم.
ترمومتر چیست؟
دما، یکی از مهمترین پارامترهایی است که در صنایع مختلف بسیار اهمیت دارد. برای اندازه گیری دما، از انواع تجهیزات متنوع استفاده می شود که علاوه بر اندازه گیری دما، قابلیت تولید سیگنال کنترلی و سوئیچ را نیز دارند. ترمومتر یا دماسنج، ابزاری است که برای اندازه گیری حرارت و دما استفاده می شود. انواع مختلف ترمومترها برای کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار می گیرند. این ابزارها در صنایع مختلف از جمله پزشکی تا خانه های مسکونی استفاده می شود. این ترمومترها از سنسورهای الکترونیکی برای اندازه‌گیری دما استفاده می‌کنند و نتایج را به صورت دیجیتال نمایش می‌دهند.
انواع مدل های ترمومتر
ترمومترها در دسته‌های مختلفی قرار دارند و هرکدام از آن‌ها به روش خاصی دما را اندازه‌گیری می‌کنند که با سایر ترمومترها متفاوت است. در ادامه مدل های مختلف ترمومتر را بررسی می کنیم.
ترمومتر لیزری
ترمومتر لیزری، یک وسیله هوشمند است که می تواند اشعه های مادون قرمز را از سطوح مختلف دریافت کرده و دما را نمایش دهد. هر جسمی اشعه های مادون قرمز منتشر می کند که شدت آن با دمای جسم متناسب است. این ترمومترها با ارسال موجی از پرتو مادون قرمز و برخورد آن با جسم، توانایی اندازه گیری دما را دارند. به این ترتیب، با تغییر انرژی پرتوهای بازگشتی، می توانند دمای جسم را اندازه گیری کنند.
ترمومترهای لیزری به علت قابلیت اندازه گیری دما از راه دور، در مواردی که امکان نزدیک شدن به منبع حرارت وجود ندارد، کاربردهای بسیاری دارند. این ترمومترها به دلیل قابلیت استفاده از فاصله، به شدت مورد توجه قرار گرفته اند و حتی در شرایطی که نمی توان به جسم مورد نظر نزدیک شد، مورد استفاده قرار می‌گیرند.
ترمومتر جیوه ای
روش کار این نوع ترمومترها، بر اساس تغییر حجم جیوه به دلیل تغییر دما است. اغلب ترمومترهای جیوه ای برای اندازه گیری تب در صنعت پزشکی استفاده می شوند. در این دستگاه ها، با تغییر دما، حجم جیوه تغییر می کند و جیوه در ستون نشان دهنده دما تغییر می کند و به مقدار دمای مورد نظر می‌رسد.
ترمومتر الکلی
این نوع ترمومترها، مثل ترمومترهای جیوه ای، برای اندازه گیری دما استفاده می شوند، اما از الکل به جای جیوه استفاده می کنند. ترمومترهای الکلی بیشتر در آزمایشگاه ها استفاده می شوند و معمولا برای اندازه گیری دماهای 0 تا 100 درجه سانتیگراد مناسب هستند. این ترمومترها کمترین خطر سمیت را نسبت به ترمومترهای جیوه ای دارند که آن ها را گزینه ای ایده آل برای این کار می کند.
ترمومتر دیجیتالی
ترمومترهای دیجیتالی قابل حمل، برای اندازه گیری و تست دما استفاده می شوند. این ترمومترها، شبیه به مولتی متر هستند و دارای یک یا چند ورودی برای سنسورهای دما هستند. صفحه نمایشگر دیجیتال آن ها، دما را به واحد های سانتیگراد یا فارنهایت نشان می دهد. قابلیت حمل آسان این ترمومترها، به شما امکان می دهد تا دمای چندین نقطه را در زمان و مکان های مختلف تست کنید. بلعکس سنسورهای دمایی مانند Pt100 که فقط دمای یک نقطه را اندازه می گیرند، این ترمومترها امکان اندازه گیری دما در نقاط مختلف را فراهم می کنند.
این ترمومترها می‌توانند دما را از دو نقطه تا 12 نقطه به طور همزمان اندازه بگیرند. ترمومترهای دیجیتال در حوزه‌های مختلف کاربرد دارند و تقریبا در همه صنایع استفاده می‌شوند. این نوع ترمومترها از نیمه‌رساناها برای عملکرد خود استفاده می‌کنند. سنسور این ترمومترها نوعی نیمه‌رسانا است که با تغییر دما، مقاومت آن تغییر می‌کند و در نتیجه جریان برقی نیز تغییر می‌کند که به کمک آن به راحتی می توانید دمای محیط را اندازه گیری کنید. ترمومترهای دیجیتال در یخچال‌ها، اتوها، کولرهای جدید و وسایل های دیگر استفاده می شوند.
ترموکوپل ها
روش عملکرد ترمومترهای این نوع بر این اساس است که دو فلز مختلف در نوک آن ها به هم متصل شده‌اند. با افزایش دما، اختلاف پتانسیل در این نقطه افزایش می‌یابد. از این اختلاف پتانسیل برای تعیین دمای محیط استفاده می‌شود. در صنایع، این ترموکوپل‌ها به این صورت استفاده می‌شوند که با استفاده از یک سیم فلزی، آن ها را درون کوره قرار داده و دمای داخل کوره را اندازه‌گیری می‌کنند.
ترمومتر گازی
در دستگاه‌های ترمومتر گازی، یک مقدار گاز در یک مخزن با حجم ثابت قرار دارد و فشار این گاز به صورت مداوم توسط یک فشارسنج کنترل می‌شود. با افزایش دما، فشار گاز نیز افزایش می‌یابد. اگر دماسنج به درستی کالیبره شود، با اندازه‌گیری فشار در هر لحظه، می‌توان دمای محیط را نیز در آن لحظه اندازه گرفت.
پیرومتر یا آذرسنج
یک نوع دماسنج غیر تماسی است که برای اندازه گیری دماهای بسیار بالا استفاده می شوند. این ابزارها به خوبی برای اندازه گیری دمای کوره های ذوب فلزات مناسب هستند. پیرومترها یا دماسنج های غیر تماسی با نام های مختلفی شناخته می شوند، مانند تف سنج یا آذرسنج. این ابزارها معمولا از یک تلسکوپ خاص تشکیل شده اند که دارای یک لامپ رشته ای کوچک (لامپ تنگستنی) و یک فیلتر قرمز است.
برای استفاده از پیرومتر، ابتدا آن را به سمت کوره یا هر جسم دیگری که میخواهید دمای آن را اندازه گیری کنید، بگیرید و از پشت تلسکوپ به آن نگاه کنید. در ابتدا، رشته درون لامپ با رنگ تیره بر روی زمینه روشن کوره قابل مشاهده است. با عبور جریان برق از رشته تنگستنی لامپ و تنظیم آن توسط پتانسیومتر، رنگ و روشنایی رشته با روشنایی زمینه کوره هماهنگ می شود تا رشته از دید ناظر ناپدید شود.
با استفاده از یک مقیاس مناسب بر روی رئوستا، می توان از این نوع ترمومترها برای اندازه گیری دماهای بسیار بالا مانند ذوب و حتی بیشتر بدون نیاز به تماس مستقیم استفاده کرد. ترموویژن ها یا ترمومترهای تصویری نیز از این خاصیت برای اندازه گیری دما استفاده می کنند.
ترمومتر مواد غذایی
ترمومتر مواد غذایی یک ابزار مفید دیگر است که در دسته بندی ترمومترها قرار می گیرد و به دو نوع ترمومتر نفوذی و ترمومتر لیزری برای مواد غذایی و … تقسیم می‌شود.
آموزش ساخت ترمومتر
ترمومتر یک ابزار حیاتی است که به ما کمک می‌کند تا دما یا حرارت جسم‌ها را اندازه بگیریم. این دستگاه دارای دو قسمت مهم است:
(1) سنسور دما که با تغییر دما تغییرات ایجاد می‌کند.
(2) ابزارهایی که این تغییرات را به اعداد تبدیل می‌کنند.
ترمومترها در زمینه‌های مختلفی مانند فناوری، هواشناسی، پزشکی و تحقیقات علمی استفاده می شوند و نقش بسیار مهمی در نظارت بر فرآیند ها دارند.
تجربه ساخت ترمومتر
ترمومترهای سنتی از جیوه برای اندازه‌گیری دما استفاده می‌کنند، اما می‌توانید خودتان یک ترمومتر با استفاده از آب و الکل در خانه ساخته و آن را تست کنید. این ترمومتر خانگی را نمی‌توان برای تشخیص تب استفاده کرد، اما می‌توانید از آن برای اندازه گیری دمای خانه خود استفاده کنید. با استفاده از چند ماده ساده خانگی، می‌توانید یک تجربه علمی جالب و سرگرم کننده داشته باشید که به شما کمک می‌کند دما را اندازه گیری کنید.
برای آموزش ساخت ترمومتر نیاز به مواد زیر دارید:
- یک شیشه آب معدنی یا ظرف دردار
- یک نی نی روشن
- ابزاری برای سوراخ کردن مانند مته یا میخ
- رنگ خوراکی
- آب گرم، یخ و سشوار (اختیاری)
- خاک رس برای قالب‌گیری
- یک قیچی
مراحل شروع آزمایش
• برای شروع آزمایش ساخت ترمومتر، با دقت و همراهی بزرگسالان، یک سوراخ در وسط درب ظرف بسازید.
• اطمینان حاصل کنید که سوراخ تنها کمی از قطر نی بزرگتر است.
• همانطور که کودکان در حال انجام این کار هستند، اطمینان حاصل کنید که از مته‌های الکتریکی استفاده نمی کنند.
• بگذارید نی از سوراخ عبور کند و نقطه اتصال را با خاک رس به خوبی قالب بندی کنید.
• لبه در پوش را با خاک رس پوشش دهید و از مهر وموم آن مطمئن شوید.
• ظرف را تا لبه با آب پر کنید و چند قطره رنگ خوراکی اضافه کنید.
• با آرامش نی را در آب غرق کنید و سپس فوت کنید. نفس عمیق ممکن است باعث شود آب به صورت شما بپاشد.
• وارد کردن نفس از طریق نی، هوا را به داخل یک فضای محدود می‌کشاند و باعث افزایش فشار داخلی می‌شود.
• اگر محفظه شما به طور صحیح بسته نشده باشد، متوجه خواهید شد که آب یکبار از نی بالا می‌آید.
• با استفاده از مارکر، سطح آب را روی نشان علامت گذاری کنید. این علامت نشان می‌دهد که آب کجا خواهد بود، زمانی که در دمای اتاق است.
• سپس ظرف را در دستان خود نگه دارید و آب را به آرامی گرم کنید، می‌توانید از آب گرم یا حتی سشوار استفاده کنید. اگر همه چیز به خوبی پیش رود، آب از نی عبور خواهد کرد.
ایمنی بیشتر
استفاده از ابزارهای الکتریکی در محیط آب باید با احتیاط انجام شود. بهتر است یک فرد بزرگسال را در نزدیکی داشته باشید.
حالا دماسنج خانگی را در حمام یخ قرار دهید، چه اتفاقی می‌افتد؟
جمع بندی و نتیجه گیری
هنگامی که مایعات گرم می‌شوند، انبساط می‌یابند. آگاهی از این موضوع به محققان کمک می‌کند تا جریانات اقیانوسی را در سراسر جهان مدل کنند. استفاده روزانه از دماسنج های جیوه ای بر اساس همین اصل انجام می‌شود. این مواد در دماسنج ها استفاده می‌شوند، زیرا در دمای 39- درجه سانتیگراد به صورت مایع هستند و با گرم شدن به سرعت انبساط پیدا می‌کنند. همچنین، قرائت دقیق دما با صفحه محدب آن امکان پذیر است.
پرسش و پاسخ
1) آیا در خانه به دماسنج نیاز است؟
تشخیص تب از طریق دماسنج یک روش ساده برای بررسی دمای بدن است. تب، که افزایش دمای بدن است، معمولا نشان‌دهنده وجود عفونت است. اگرچه تب می‌تواند آزاردهنده باشد، اما نشان از مبارزه بدن با عفونت است. حتی اگر نتوان دمای بدن را با ترمومتر اندازه‌گیری کرد، اما تغییرات در دمای خانه می‌تواند به ما کمک کند تا متوجه تغییرات دمای بدن شویم.
2) آیا می‌توانید اصل دماسنج را بیان کنید؟
قانون دماسنج به ما می‌گوید که هنگام گرم شدن، مایعات منبسط می‌شوند و هنگام سرد شدن، منقبض می‌شوند. این دماسنج‌ها بر اساس رفتار انبساط حرارتی عمل می‌کنند. زمانی که یک ماده گرم شود، حجم بیشتری اشغال می‌کند. تقریبا همه مواد این خصوصیت انبساط حرارتی را از خود نشان می‌دهند.
