TERMOMETRE ÇEŞİTLERİ VE TARİHİ GELİŞİMİ

 


Termometre çeşitleri, sıcaklık birimleri ve dönüşümleri



Termometre nedir ? - Tarihçesi

İsmi Fransızca “thermometre” den gelen, sıcaklığı ölçmede kullanılan aygıttır. Termometreyi ilk olarak Galilei keşfetmiştir ve bu aleti 1597’den önce yapmıştır.Sıvılı, maksimumlu ve minimumlu, tıbbi, buhar basınçlı, gazlı, diferansiyel ve duyarlı pratik olmak üzere pek çok çeşidi vardır.

Sıvılı termometrelerde, belirli bir sıvı kütlesinin sıcaklığa bağlı olarak genleşmesi gözlenir. Günümüzdeki termometreler üst bölümünde ince bir cam tüp bulunan bir hazneden oluşur; tümünün içi kısmen bir sıvıyla (cıva,alkol vb.) doldurulmuştur. Genellikle “Celsius” taksimatı adı verilen taksimat kullanılır; bu taksimatta erimekte olan buzun sıcaklığı 0 santigrata, kaynamakta olan suyun sıcaklığıysa, 100 santigrata denk düşer; bu iki karşılaştırma noktası arasındaki uzaklık “Celsius” adı verilen 100 eşit bölüme ayrılmıştır. Fahreneit ölçeğinde, 0 santigrata 32 fahreneit, 100 santigratda 212 fahreneide denk düşer. Fahreneid derecesi cinsinden ifade edilen f sıcaklığına dek düşen t sıcaklığı, t=(5/9) (f-32) bağlantısıyle elde edilir. Termometrelerin doldurulmasında çeşitli sıvılar kullanılır; donma noktaları ve kaynama sıcaklıkları bu sıvıların kulllanılabilme sınırlarını belirler. -38,8C’ta kaynayan cıvanın, bu bakımından çok geniş bir kullanım alanı vardır. Bununla birlikte sıcaklığın oldukça düşük olduğu bölgelerde alkol kullanmak yararlıdır. Çok düşük sıcaklıklar için, sıvı hava sıcaklığında donmayan, toluen yada kimi petrol eterleri kullanılır.

Maksimum ve minimumlu termometreler, aşağıya doğru yönlendirilmiş sıvı sütununun, bir cıva sütununu “U biçimde” bir tüp içine ittiği alkollü termometrelerdir. Tüp içinde, cıva yüzeylerinin herbirinin üzerinde, küçük hafif bir gösterge bulunur; cıvayla beraber yükselen gösterge cıva düzeyi düştüğünde ulaştığı yükseklikte sabit akaır. Genellikle üstü camla kaplı manyetik bir metal parçasından oluşan göstergenin. bir mıkantıs yardımıyla yeniden cıva ile teması sağlanır. Tıbbi termometreler, 32 ile 44C arasında taksimatı bulunan bir termometredir; her derecesi eşit parçaya bölünmüştür. Bu termometreler vücut sıcaklığını ölçmede kullanılır. En çok kullanılanları cıvalı ve maksimumludur; soğuma sırasında cıva sütunu alt bölümünden ayrılır ve tepesi istenilen sıcaklığı göstermeye devam eder. Sıcaklığın okunmasından sonra eski konumuna getirmek için alet aşağıdan yukarı doğru sallanır. Buhar basınçlı termometreler, çift metal şeritli termometrelerdir. Pek duyarlı olmamakla birlikte sağlam olan bu iki tip termometre, elektrik kontağını çalıştırmak için 
kaydedici termometrelerde yada termostadlarda yaygın olarak kullanılır.

Çok düşük sıcaklıkların ölçülmesi, 15K’in (-285’C’ın) altındaki sıcaklıkları ölçmek için çeşitli olaylardan yararlanılır: sıvı helyumun doymuş buhar basıncı, saf metal dirençler, ısıl gürültü, paramanyetik maddelerin manyetik mıknatıslanırlıkları, nükleer manyetik rezonans, helyum 3’ün katılaşma basıncı. Böylece 0,001 K2e kadar olan, hatta daha düşük sıcaklıklar ölçülebilir. Diferansiyel termometreler, Leslie’nin tasarladığı çok duyarlı aygıtlardır. İçinde renkli bir sıvı bulunan küçük çaplı bir boruyla alt bölümünden birleştirilmiş, içi hava dolu iki cam küreden oluşur. iki küre arasındaki en küçük sıcaklık farkı sıvının yer değiştimesine yol açar. Termoelektrik çiftlerde diferansiyel termometrelerdir.



Termometre nasıl çalışır?

1. Termometre bir cisimle ya da ortamla ısıl temas haline getirilir.
2. Cisimle termometre arasında ısıl dengeye ulaşılması beklenir.
3. Isıl dengeye ulaşıldığında termometrenin ve cismin sıcaklığı birbirine eşit olur. Termometrenin gösterdiği değer cismin sıcaklığını verir.


Termometre çeşitleri

Termometreler çeşit çeşittir, çünkü her biri farklı bir amaç için kullanılır. Tüm termometreler maddenin bir termometrik (sıcaklık ile değişen) özelliğini kullanır. Yapıldıkları maddenin türü ve özelliğine göre ölçebildikleri sıcaklık aralıkları değişir.



Metal Termometreler

Metal termometreler metallerin sıcaklıkla birlikte uzama (genleşme) özelliğini kullanır. Bunlar metal eritme ocakları ya da fırınlar gibi yüksek sıcaklığa sahip ortamlarda kullanılır. 1600 °C’ye kadar sıcaklıkları ölçebilirler.


Gazlı Termometreler

Sabit hacimde ve kütledeki bir gazın basıncının sıcaklığa göre değişmesi özelliğinden yararlanılarak tasarlanmışlardır. -270 °C ile 1450 °C arasındaki sıcaklıkları ölçmek için gazlı termometreler kullanılır. Çok hassas ölçümler yapabilirler. Ancak kocaman oldukları için kullanışlı değildirler, laboratuvarlarda kullanılırlar.


Elektrik direnciyle çalışan termometreler

Metallerin sıcaklığa göre elektrik akımına gösterdikleri direncin değişmesi özelliğinden faydalanılarak yapılırlar. -183 °C ile 1100 °C arasını ölçebilirler. Küçük sıcaklık farkları en iyi metal termometrelerle ölçülür.


Isıl çift (Termokupl) termometreleri

Isıl çift termometreleri farklı cins iki metalin birbirine değmesiyle ortaya çıkan potansiyel farkın sıcaklığa göre değişmesi ilkesine göre tasarlanmışlardır. -240 °C ile 1100 °C arasındaki sıcaklıkları ölçebilirler.


Işınımla çalışan termometreler (Pirometre)

Pirometreler bir cismin yaydığı elektromanyetik ışınımın dalgaboyuyla sıcaklığı arasındaki ilişki kullanılarak yapılır. Çok yüksek sıcaklıkları ölçmek için kullanılır. Ayrıca insan bedeninin yaydığı kızılötesi ışınımı ölçerek çalışan vücut termometreleri de sıklıkla kullanılmaktadır.


Sıvılı Termometreler

En yaygın olarak kullanılan termometre çeşidi sıvılı olanlardır. Sıvıların sıcaklık arrtıkça genleşme, azaldıkça büzülme özelliği kullanılır. Sıvı, alt kısmında hazne bulunan kılcal cam bir tüpün içine yerleştirilir. Sıcaklık artınca sıvı genleşir ve kılcal tüpün içinde yükselir, azalınca büzülür ve alçalır.


Cıvalı Termometreler

Cıva -39 °C’de donar ve 357 °C’de kaynar. Bu aralıktaki sıcaklıkları ölçmek için kullanılabilir. Kutup bölgelerinde ya da sıcaklığın -39 °C’nin altına düştüğü durumlarda sıcaklığı ölçemez. Ama suyun kaynama sıcaklığını ölçebilir.

Cıvalı hasta termometreleri, vücut sıcaklığını ölçmek için tasarlandıkları için, 33 °C ile 45 °C arasını ölçebilir. Ancak cıvanın ağır metal zehirlenmesine yol açma ihtimalinden dolayı son yıllarda cıvalı termometreler evlerde pek kullanılmamaktadır.


Alkollü Termometreler

Alkol -115 °C’de donar ve 78 °C’de kaynar. Bu aralıktaki sıcaklıklar alkollü termometreyle ölçülebilir. Evlerimizde kullandığımız termometrelerin çoğu renklendirilmiş (genellikle kırmızı) alkol içerir. Soğuk ortamları ölçebilir ama suyun kaynama sıcaklığını ölçemez. Kullanışlı ve taşınabilir oldukları için tercih edilirler.




Sıvılı termometrenin hassaslığı ve duyarlılığı nelere bağlıdır?

  • Kullanılan kılcal borunun kesit alanı: Boru ne kadar dar olursa sıvı o kadar rahat yükselir. Böylece daha hassas ölçümler yapılabilir.
  • Sıvının cinsi: Genleşme katsayısı yüksek olan sıvı küçük sıcaklık değişimlerine duyarlıdır. Hassas ölçümler için cıvanın tercih edilmesinin nedeni budur.
  • Sıvının konulduğu haznenin büyüklüğü: Hazne ne kadar büyük olursa o kadar çok sıvı konulabilir. Böylece daha duyarlı ölçüm yapılabilir.
  • Bölme sayısı: Termometrenin bölmeleri artırılarak ondalıklı 11,2 °C gibi sıcaklıklar ölçülebilir.
  • Yer çekimi sıvıların genleşmesini etkilemez, bu nedenle sıcaklık ölçümünün duyarlılığıyla ilgisi yoktur. Sıvılı termometreler uzayda da çalışır.


Sıvılı termometrelerin ölçeklendirilmesi (derecelendirilmesi)

Bir termometreyi ölçeklendirmek ya da derecelendirmek için iki referans noktası gerekir. Bu referans noktaları suyun deniz seviyesinde (1 atmosfer basınçta) donma ve kaynama noktaları olarak belirlenmiştir. Donarken ve kaynarken suyun sıcaklığı değişmediği için bu iki nokta seçilmiştir.



Fahrenheit (Fahrenhayt)

Alman bilim insanı Daniel Gabriel Fahrenheit, 1724 yılında, suyun donma sıcaklığını 32 °F kaynama sıcaklığını 212 °F olarak seçmiştir. Bu iki değerin arasını 180 eşit aralığa bölmüştür. Amerika Birleşik Devletleri’nde Fahrenheit kullanılır.



Santigrat (Celcius)

İsveçli bilim insanı Anders Celsius, 1742 yılında, saf suyun donma sıcaklığını 0 °C kaynama sıcaklığını 100 °C olarak seçmiştir. Bu iki değerin arasını 100 eşit parçaya bölmüştür. Dünyadaki çoğu ülkede Santigrat kullanılır.



Reaumur (Reomür)

Fransız bilim insanı René-Antoine Ferchault de Réaumur, 1730 yılında, suyun donma sıcaklığını 0 °R kaynama sıcaklığını 80 °R olarak seçmiş, bu iki değerin arasını 80 eşit aralığa bölmüştür. 19. yüzyılın sonuna dek kullanılsa da sonraları diğer sistemlerin ardında kalmıştır.



Kelvin

İrlandalı bilim insanı William Thomson (Lord Kelvin), 1848 yılında, saf suyun donma sıcaklığını 273,15 K, kaynama sıcaklığını
ise 373,15 K olarak seçmiştir. Bu iki değerin arasını tıpkı santigratta olduğu gibi 100 eşit aralığa bölmüştür. Kelvin birimi K ile gösterilir, derece (°K) kullanılmaz.

Rakamların bu kadar garip olmasının nedeni, maddenin düşebileceği en düşük sıcaklığın mutlak sıfır olarak alınmasıdır. Diğer sıcaklık birimleri günlük hayatta kullanılsa da bilimsel olarak sıcaklık Kelvin birimiyle ölçülür. Çünkü sıcaklık oranı yapabileceğiniz tek ölçek budur. Örneğin, 20 °C, 10 °C’ın iki katı değildir. Ama 20 K, 10 K’nin iki katıdır.






Yorumlar

Yorum Gönder