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.