الخواص الفيزيائية للزئبق

درجة الحرارة وطرق قياسها

• جزيئات المادة في حركة مستمرة (إهتزازية، دائرية، إنتقالية).
• تمتلك جزيئات المادة طاقة حركة.
• درجة حرارة الجسم هي مقياس الطاقة الحركية لجزيئاته.
• إرتفاع درجة الحرارة يعني زيادة الطاقة الحركية للجزيئات.
• درجة الحرارة تتناسب طردياً مع الطاقة الحركية لجزيئات الجسم.
• ثابت التناسب يختلف من مادة إلى أخرى وباختلاف كتلة الأجسام.
• تساوى درجات حرارة جسمين متساويين الكتلة و مختلفين النوع لا يعنى تساوى مجموع طاقة حركتهم.
• قياس درجة الحرارة يتم عن طريق المقارنة بين درجة سخونة جسمين.
• بعض الخواص الفيزيائية (مثل المقاومة الكهربائية، ضغط الغاز، طول عمود السائل) تتغير بتغير درجة الحرارة.
• تصميم الترمومترات يعتمد على تغير هذه الخواص.
• تدريج الترمومتر يتطلب تحديد نقطتين ثابتتين على الأقل.
• نقاط ثابتة لتدريج الترمومترات تشمل:
  • درجة غليان الماء (100°م).
  • درجة إنصهار الثلج (0°م).
  • درجة غليان الكبريت (444.6°م).
  • درجة إنصهار الفضة (960.5°م).
  • درجة إنصهار الذهب (1063°م).
  • تحت ضغط ٧٦ سم زئبق.

أنواع الترمومترات

• تصنف الترمومترات إلى أربعة أنواع رئيسية:
  • الترمومترات السائلة.
  • الترمومترات الغازية.
  • ترمومتر المقاومة.
  • ترمومتر الإزدواج الحراري.
• والترمومترات الأخرى كالبيرومتر الإشعاعي والبيرمتر البصري.
• المادة الترمومترية يجب أن تأخذ درجة حرارة الوسط في الحال وتتغير تبعا له بنفس سرعة التغير.
• الترمومتر الحساس هو الذي يمثل تغيرًا كبيرًا في المادة الترمومترية مقابل تغير صغير في درجة الحرارة.
• الترمومتر الدقيق هو الذي يسجل نفس القراءة لنفس درجة الحرارة.

الترمومترات السائلة

• تستخدم السائل كمادة ترمومترية.
• يعتمد على تمدد السائل مع تغير درجة الحرارة.
• الخصائص المطلوبة في المادة الترمومترية. -* أن تكون غير شفافة -* جيدة التوصيل للحرارة. -* معامل تمدد كبير. -* حرارة نوعية منخفضة وكثافة قليلة. -* درجة غليان مرتفعة ودرجة إنصهار منخفضة.
• الزئبق شائعاً كونه يفى بالاشتراطات السابقة:
  • درجة تجمد الزئبق -39°م
  • درجة غليان الزئبق 357°م
  • يتمدد بإنتظام
  • لا يعلق بجدار الترمومتر
  • يأخذ درجة الحرارة بسرعة

الترمومترات الغازية

• تستخدم الغاز كمادة ترمومترية.
• الغازات تمتلك خواص تمدد منتظم.
• حجم الغاز يتغير بتغير درجة الحرارة (V = V₀(1+αθ)
• ضغط الغاز يتغير بتغير درجة الحرارة (P = P₀(1+βθ)
• ثابت التناسب α = β = 1/273
• يستخدم الترمومتر الغازي ثابت الحجم أو ثابت الضغط.

ترمومترات المقاومة

• تعتمد على تغير المقاومة الكهربائية مع تغير درجة الحرارة.
• مادة البلاتين تُفضّل في هذه الترمومترات.
• العلاقة بين المقاومة ودرجة الحرارة خطية إلى حدٍ كبير.
• R = R0(1 +αθ)

الإزدواج الحراري (Thermocouple)

• اكتشفها العالم سيبك (Seebeck) في 1826.
• إن مرور تيار كهربائي في دائرة مغلقة مكونة من معدنين مختلفين عند إختلاف درجات الحرارة في نقاط الإتصال.
• وجود قوة دافعة كهربائية (emf).
• العلاقة بين القوة الدافعة الكهربية وفرق درجات الحرارة بين الوصلتين.
• سهولة القياس في درجات الحرارة المنخفضة أو المرتفعة.
• سريعة الاستجابة للتغيرات الطفيفة في درجة الحرارة.

البيرومتر الضوئى (Optical pyrometer)

• يستخدم لقياس درجات الحرارة العالية، مثل درجة حرارة فرن صهر المعادن.
• يتكون من عدسة محدبة، عينية، فتيلة مصباح كهربائي، مرشح أحمر.
• لقياس درجة حرارة الفرن نقيس شدة التيار فى الفتيلة.
• استعمال المنحنى العياري بين شدة التيار ودرجة الحرارة.

منظم درجات الحرارة (الثرموستات)

• يستخدم لحفظ درجة حرارة ثابتة لحمام مائي أو غيره.
• يستخدم ظاهرة تمدد السوائل.
• مثال: استخدام التولوين مع الزئبق فى أجهزة التحكم الحراري

التقدير الحراري

• الحرارة ليست مادة بل صورة من صور الطاقة.
• كمية الحرارة تتوقف على كتلة الجسم، الفرق بين درجات الحرارة و نوع المادة.
• الحرارة النوعية: كمية الحرارة اللازمة لتغيير درجة حرارة 1 جم من الجسم بمقدار درجة مئوية.
• السعة الحرارية: كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة المادة درجة واحدة مئوية .
• المكافئ المائي: كتلة الماء التي تساوي نفس السعة الحرارية للجسم.
• الحرارة الكامنة للإنصهار: لرفع درجة حرارة الجسم من صلب إلى سائل دون تغير درجة الحرارة.
• الحرارة الكامنة للتبخر: لرفع درجة حرارة الجسم من سائل إلى بخار دون تغير درجة الحرارة.
• المسعرات: أدوات تستخدم لقياس كميات الحرارة.

طرق إيجاد الحرارة النوعية

• طريقة الخلط.
• طريقة مسعر "بنزن" الجليدي.
• طريقة التبريد.

الحرارة النوعية للغازات

• الحرارة النوعية تحت ضغط ثابت (C).
• الحرارة النوعية تحت حجم ثابت (C).
• طريقة رينيولت لتعيين الحرارة النوعية للغاز تحت ضغط ثابت.