เซ็นเซอร์อุณหภูมิ ส่วนที่หนึ่ง ทฤษฎีและประวัติศาสตร์นิดหน่อย

อุณหภูมิคืออะไร

ก่อนที่คุณจะเริ่มเรื่องราวเกี่ยวกับเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิคุณควรเข้าใจว่าอะไรคือ อุณหภูมิในแง่ของฟิสิกส์. เหตุใดร่างกายมนุษย์จึงรู้สึกถึงการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิทำไมเราจึงพูดว่าวันนี้อากาศอบอุ่นหรือร้อนและในวันต่อมาอากาศเย็นหรือเย็น

คำว่าอุณหภูมิมาจากอุณหภูมิของคำภาษาละตินซึ่งในการแปลหมายถึงสภาพปกติหรือการกำจัดที่เหมาะสม ในฐานะที่เป็นปริมาณทางกายภาพอุณหภูมิแสดงถึงพลังงานภายในของสารระดับของการเคลื่อนที่ของโมเลกุลพลังงานจลน์ของอนุภาคในสภาวะสมดุลทางอุณหพลศาสตร์

ตัวอย่างคืออากาศซึ่งโมเลกุลและอะตอมเคลื่อนที่แบบสุ่ม เมื่อความเร็วในการเคลื่อนที่ของอนุภาคเหล่านี้เพิ่มขึ้นพวกเขาบอกว่าอุณหภูมิอากาศสูงอากาศจะอุ่นหรือร้อน ตัวอย่างเช่นในวันที่อากาศเย็นความเร็วของอนุภาคอากาศมีขนาดเล็กซึ่งให้ความรู้สึกเย็นสบายหรือแม้กระทั่ง“ สุนัขเย็น” ควรสังเกตว่าความเร็วของอนุภาคอากาศไม่ขึ้นอยู่กับความเร็วลม! นี่คือความเร็วที่แตกต่างอย่างสิ้นเชิง

นี่คือสิ่งที่เกี่ยวข้องกับอากาศในนั้นโมเลกุลสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ แต่แล้วของเหลวและของแข็งล่ะ? ในพวกเขาการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของโมเลกุลก็มีอยู่เช่นกันแม้ว่าในระดับที่น้อยกว่าในอากาศ แต่การเปลี่ยนแปลงของมันค่อนข้างสังเกตเห็นได้ชัดเจนซึ่งกำหนดอุณหภูมิของของเหลวและของแข็ง

โมเลกุลยังคงเคลื่อนที่แม้ในอุณหภูมิละลายน้ำแข็งหรือที่อุณหภูมิติดลบ ตัวอย่างเช่นความเร็วของโมเลกุลไฮโดรเจนที่อุณหภูมิศูนย์คือ 1950 m / s ทุกวินาทีในอากาศ 16 ซม. ^ 3 จะเกิดการชนโมเลกุลหนึ่งพันล้านครั้ง เมื่ออุณหภูมิเพิ่มสูงขึ้นการเคลื่อนที่ของโมเลกุลก็จะเพิ่มขึ้นตามจำนวนที่เพิ่มขึ้นตามลำดับ

อย่างไรก็ตามควรสังเกตว่า อุณหภูมิ และ ความร้อน สาระสำคัญไม่เหมือนกัน ตัวอย่างง่ายๆ: เตาแก๊สธรรมดาในห้องครัวมีเตาขนาดใหญ่และขนาดเล็กซึ่งเผาไหม้ก๊าซเดียวกัน อุณหภูมิการเผาไหม้ของก๊าซจะเท่ากันดังนั้นอุณหภูมิของหัวเผาก็เหมือนกัน แต่ปริมาณน้ำที่เท่ากันเช่นกาต้มน้ำหรือถังจะต้มเร็วกว่าบนเตาขนาดใหญ่กว่าในขนาดเล็ก นี่เป็นเพราะเตาขนาดใหญ่สร้างความร้อนมากขึ้นการเผาไหม้ก๊าซต่อหน่วยเวลาหรือมีพลังงานมากขึ้น

วิธีการกำหนดปริมาณความร้อนในหน่วยใด? ในหลักสูตรฟิสิกส์ของโรงเรียนมีปัญหามากมายที่เกี่ยวกับการให้ความร้อนและน้ำเดือดซึ่งเป็นสิ่งที่ให้คำแนะนำและน่าสนใจมากแม้แต่ในกระบวนการแก้ปัญหา

ยอมรับพลังงานความร้อนต่อหน่วย แคลอรี่. นี่คือปริมาณความร้อนที่ให้ความร้อน 1 กรัม (ซม. ^ 3) ของน้ำต่อ 1 ° C (1 องศาเซลเซียส) อุณหภูมิของร่างกายในหน่วยองศาสะท้อนถึงระดับพลังงานความร้อน เพื่อวัดอุณหภูมิที่ใช้ เครื่องวัดอุณหภูมิมักจะเรียกว่า เครื่องวัดอุณหภูมิ.

หากร่างกายสองคนมีอุณหภูมิเท่ากันเมื่อเชื่อมต่อกันการถ่ายเทความร้อนจะไม่เกิดขึ้น หากหนึ่งในร่างมีอุณหภูมิสูงกว่าเมื่อเชื่อมต่อกับร่างเย็นอุณหภูมิของความเย็นจะเพิ่มขึ้นและในทางกลับกัน วิธีที่ง่ายที่สุดในการตรวจสอบสิ่งนี้เมื่อผสมของเหลว: ในชีวิตประจำวันทุกคนต้องอาบน้ำผสมกับน้ำร้อนและน้ำเย็นเพื่อให้ได้อุณหภูมิที่ต้องการ

เครื่องชั่งอุณหภูมิ

อย่างที่คุณรู้มีหลายอย่าง เครื่องชั่งวัดอุณหภูมิ. สิ่งนี้สามารถอธิบายได้อย่างไรเพราะอุณหภูมิเท่ากัน แต่ในเครื่องชั่งต่างกันแตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง?

ความขัดแย้งดังกล่าวไม่ซ้ำกับอุณหภูมิหลังจากทั้งหมดน้ำหนักเดียวกันในวันเก่าวัดเป็นปอนด์และปอนด์และตอนนี้ในกรัมและกิโลกรัมเหมือนกันกับมิติเชิงเส้น: มิลลิเมตร, เมตร, นิ้ว, ฟุตและ fathoms และข้อศอกเก่ามาก

ประวัติโดยย่อของการพัฒนาเครื่องชั่งอุณหภูมิ

มากที่สุด เครื่องวัดอุณหภูมิครั้งแรก ถูกคิดค้นโดยนักวิชาการยุคกลางชาวอิตาลีที่มีชื่อเสียง กาลิเลโอกาลิลี (1564-1642) การทำงานของอุปกรณ์ขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์ของการเปลี่ยนแปลงปริมาณของก๊าซในระหว่างการทำความร้อนและความเย็น เทอร์โมมิเตอร์นี้ไม่มีสเกลที่แม่นยำแสดงอุณหภูมิในรูปแบบตัวเลขดังนั้นผลการวัดจึงไม่ถูกต้องมาก

เครื่องมือที่แม่นยำกว่าสำหรับการวัดอุณหภูมิถูกเสนอโดยนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน Gabriel Fahrenheit (1686-1736) ซึ่งใน 1709 พัฒนา เทอร์โมมิเตอร์แอลกอฮอล์และในปี ค.ศ. 1714 ปรอท มาตราส่วนอุณหภูมิถูกตั้งชื่อสำหรับนักประดิษฐ์ ขนาดฟาเรนไฮต์.

จุดอ้างอิงที่ต่ำกว่าของมาตราส่วนนี้ (0 ° F) คือจุดเยือกแข็งของสารละลายน้ำเกลือ มันเป็นอุณหภูมิในเวลาที่ห่างไกลซึ่งต่ำที่สุดที่สามารถทำซ้ำได้ด้วยความแม่นยำที่เพียงพอ จุดที่สูงที่สุดคืออุณหภูมิร่างกายมนุษย์ (96 ° F) "วัดใต้แขนของคนอังกฤษที่มีสุขภาพดี"

ในเวลานั้นฟาเรนไฮต์อาศัยอยู่ในประเทศอังกฤษและอยู่ที่นั่นทำให้เขาค้นพบ ดังนั้นในประเทศที่พูดภาษาอังกฤษขนาดฟาเรนไฮต์ได้ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในยุคปัจจุบันประเทศของวัฒนธรรมอังกฤษก็เปลี่ยนไปเป็นระดับเซลเซียส เครื่องวัดอุณหภูมิทางการแพทย์ในประเทศเหล่านี้ยังคงใช้ระดับฟาเรนไฮต์

ระดับอุณหภูมิอื่นในปี 1730 ถูกเสนอโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส Rene Reaumur (1683-1757) ซึ่งในปี 1737 ได้รับการยอมรับในฐานะสมาชิกกิตติมศักดิ์ของวิทยาลัยวิทยาศาสตร์เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก ดังนั้นในรัสเซียสำหรับการวัดอุณหภูมิเริ่มใช้เครื่องวัดอุณหภูมิด้วย Reaumur scale.

เช่นเดียวกับ ขนาดเซลเซียสเครื่องชั่งนี้มีจุดอ้างอิงสองจุดคืออุณหภูมิหลอมละลายของน้ำแข็งและจุดเดือดของน้ำ หนึ่งระดับของสเกลดังกล่าวนั้นได้มาจากการแบ่งสเกลทั้งหมดออกเป็น 80 ส่วน - องศา มาตราส่วนนี้ใช้เพียงไม่กี่ทศวรรษหลังจากนั้นก็ล้าสมัย

ในปี ค.ศ. 1742 นักฟิสิกส์ชาวสวีเดน Anders Celsius (1701-1744) เสนอระดับอุณหภูมิทศนิยมที่คุ้นเคย มันใช้จุดอ้างอิงเดียวกันกับ Reaumur มีเพียงเครื่องชั่งเท่านั้นที่จะแบ่งเท่า ๆ กันไม่ได้เป็น 80 แต่แบ่งออกเป็น 100 ดิวิชั่น ดังนั้นหนึ่งองศาในระดับเซลเซียสคือ 1/100 ของความแตกต่างในการต้มและการแช่แข็งอุณหภูมิของน้ำ

ระดับอุณหภูมิล่าสุดถูกเสนอโดยชาวอังกฤษ วิลเลียมทอมสัน (1824-1907) ซึ่งสำหรับประโยชน์ทางวิทยาศาสตร์ในปี 1866 ได้รับชื่อของบารอนเคลวิน เคลวินสเกล มันยังคงใช้เป็นมาตรฐานหลักของเทอร์โมมิเตอร์สมัยใหม่ ในระดับนี้จะมีการใช้ศูนย์สัมบูรณ์ (−273.15 ° C) เป็นจุดอ้างอิง

ตามทฤษฎีของเคลวินที่อุณหภูมินี้การเคลื่อนที่ด้วยความร้อนจะสิ้นสุดลง ที่อุณหภูมินี้ตัวนำทั้งหมดจะไม่มีความต้านทานกระแสไฟฟ้า ยิ่งยวด. ใคร ๆ ก็ยังไม่สามารถเข้าถึงอุณหภูมิได้

อ่านต่อไปในบทความถัดไป

Boris Aladyshkin electro-th.tomathouse.com

ความต่อเนื่องของชุดบทความ:

- เซ็นเซอร์อุณหภูมิ เทอร์มิสเตอร์

- เซ็นเซอร์อุณหภูมิ เทอร์โม

- เซ็นเซอร์อุณหภูมิอีกสองสามประเภท: เซ็นเซอร์เซมิคอนดักเตอร์เซ็นเซอร์สำหรับไมโครคอนโทรลเลอร์

- ฉันจะรับกระแสไฟฟ้าโดยใช้ก๊าซในครัวเรือนธรรมดาได้อย่างไร

Comments

[#1]

ตามประวัติฉันต้องการเพิ่มว่าแม้แพทย์สมัยโบราณยังต้องการการเปรียบเทียบและยิ่งกว่านั้นขนาดที่ถูกต้องของความร้อนในร่างกายที่น่าพึงพอใจ พวกเขาสังเกตเห็นว่าสุขภาพของมนุษย์นั้นเกี่ยวข้องกับความอบอุ่นของร่างกาย อุณหภูมินี้ถูกควบคุมโดยยาเสพติดพวกเขาผสมกันและส่วนผสมมีองศาที่แตกต่างกัน ในภาษาละติน“ ส่วนผสม” คือ“ อุณหภูมิ”