درجة الحرارة وميزان الحرارة

              درجة الحرارة وميزان الحرارة    

 يجب أولا أن نميز بين مفهومين، درجة الحرارة والطاقة الحرارية.

درجة الحرارة Temperature: خاصية للجسم تحدد اكتسابه للحرارة أو فقدانها أو تحدد اتجاه انتقال  الحرارية منه أو إليه،

                                              عند اتصاله بأجسام أخرى، وتقاس بوحدة (السيليسيوس، أو الفهرنهايت أو كلفن). 

                                   مثال:  إحساسنا بالبرودة في الشتاء يعني  انتقال الحرارة من أجسامنا الأسخن نسبياً إلى الجو  الأبرد.

                                              وإحساسنا بالسخونة  في الصيف الحار يعني  انتقال الحارة من الجو  الأسخن نسبياً إلى أجسامنا الأبرد.

          لمعرفة المزيد عن  مفهوم الحرارة   وعلاقتها  بكل من البرودة والسخونة، تأمل الشكل التالي الذي يحدد إتجاه انتقال الحراة بين

        الأجسام الباردة والأجسام ااساخنة  ( أي الأجسام  مختلفة درجة الحرارة ).

تلاحظ من الشكل المجاور أن الحرارة تنتقل  من الجسم الأسخن    إلى الجسم الأبرد حتى يصبح لهما درجة  الحرارة نفسها بعد  مدة زمنية.    وعندها يتوقف انتقال الحرارة بين الجسمين، عندها نقول أن الجسمان   وصلا  إلى حالة الإتزان  الحراري.

                                                                          

                                                                     الشكل:   مخطط توضيح الفرق بين درجة الحرارة والطاقة الحرارية  

    الطاقة الحرارية (  Thermal Energy ):         هي شكل  من أشكال الطاقة ناتجة عن تحولات من أشكال أخرى  للطاقة، الطاقة الحرارية  التي نحس بها

                                                                                         اثناء الجلوس أمام احتراق الحطب أو الوقود ناتجة  عن تحول الطاقة الكيميائية الكامنة  في الحطب أو الوقود

                                                                                         إلى طاقة  حرارية،  والطاقة الحرارية الناتجة عن المدفأة الكهربائية  ناتجة عن تحول الطاقة الكهربائية إلى 

                                                                                          طاقة حرارية,  لا حظ الشكل التالي.

                                                               

     طرق قياس  درجة الحرارة.

              1_ اللمس :   تتم عن طريق لمس الأشياء  لتقدير درجة حرارتها بالخبرة وهي طريقة غير  دقيقة علمياً.   

               2- ميزان الحرارة Thermometer.  تعتمد الموازين الحرارية في عملها على التغير المنتظم في إحدى الخصائص الفيزيائية  للمادة بتغير درجة حرارتها.

                                                    (  مثل الحجم ، الطول ، اللون  والمقاومة الكهربائية) (انظر الشكل التالي) الذي يوضح بعض أنواع الموازين الحرارية والخاصية

                                                     الفيزيائية التي تتغير نتيجة  تغير درجة الحرارة.

                                               

                                                                             الشكل 3: بعض أنواع مقاييس درجة  الحرارة

مبدأ عمل ميزان الحرارة الزئبقي

1. يغمر المستودع في الوسط المراد قياس درجة حرارته  يراعى أن يكون زجاج مستودع الزئبق رقيق،  لماذا؟
2. ننتظر  فترة زمنية كافية كي يتمدد الزئبق او يتقلص بشكل منتظم حسب درجة حرارة الوسط المراد قياسه حتى تتساوى درجة حرارة

      الزئبق مع درجة حرارة الوسط. أي حدوث اتزان حراري.  يتمدد الزئبق أو يتقلص فيرتفع أو ينخفض في  تجويف الساق  ويصل إلى تدريج

        معين وهذا التدريج يمثل درجة حرارة الوسط.

    احذر: مادة الزئبق مادة سامة لا تلمسها ولا تتذوقها ويجب التعامل معها بحذر شديد، أرجو أن تبحث في طريقة التعامل  مع الزئبق في حال

            كسر ميزان حرارة زئبقي.

سؤال: كمية الزئبق في الميزان الزئبقي قليلة جدا، ما السبب برأيك؟ ملاحظة الإجابة قد تستنتجها من الحوار السابق.

                                                           

                                                                                      الشكل 4: إجراء ميزان الحرارة الزئبقي

                  أنظمة قياس درجة الحرارة

           1- نظامُ السلسيوس (  ${}^oس$ )  (المئوي).

                 في هذا النظام  تكون نقطة تجمد  الماء صفر ( 0 ) ونقطة غليانه ( 100 )،  والمسافة بينهما تقسم إلى 100 تدريج،

                كل تدريج واحد يسمى  درجة سلسيوس واحدة(  1${}^oس$).

          2-    نظام فهرنهايت (${}^o ف$  ):

                         في هذا النظام تعتبر نقطة تجمد الماء ( 32 ) ونقطة غليانه ( 212 ) والمسافة بينهما تقسم إلى 180 تدريج ,

                     كل تدريج يسمى درجة فهرنهايتية واحدة (  1${}^oف$ ).  

          3- نظام كلفن (  ${}^oك$  ):

                 هنا  تعتبر نقطة تجمد الماء ( 273 )  ونقطة غليانه ( 373 )  والمسافة بينهما تقسم إلى 100 تدريج. كل تدريح واحد

                 يسمى درجة كلفن واحدة (  1${}^oك$ ). الشكل التالي  يوضح  ما سبق  حول أنظمة قياس درجة الحرارة:

                                                        

                                                                                الشكل: أنظمة قياس درجة  الحرارة.

     من ىالشكل السابق نلاحظ ما يلي:

             1- أن نقطة تجمد الماء  بالتدريج السلسيوس($0 {}^oس$ )  تقابل ( $32 {}^o ف$ ) في التدريج الفهرنهايت  و   180 درجة في نظام الفهرنهايت

               تقابل 100 درجة في نظام السلسيوس،  أي أن كل درجة سلسيوس تقابل  $\frac{180}{100}=\frac{9}{5}$  درجة من نظام الفهرنهايت.

                  بمعنى أنه يمكن  تحويل أي درجة  من أحد النظامين إلى اللآخر باستخدام   العلاقة:

                        :       ف=32 + ($\frac{9}{5}$) س       أو    فقط بإعادة الترتيب     س = ( ف  - 32 )$\frac{5}{9}$

             2- نقطة تجمد الماء بالدربج  سلسيوس  يقابل 273 بتدريج كلفن.

               ويتم تحويل كل تدريج إلى الآخر باستخدام العلاقة الرياضية:  

                                       ك =  س   +   273       

            3- الصفر  المطلق بتدريج كلفن (  0${}^oك$ )  يقابل  ( $- 273 {}^oس$ )  بالتدريج سيلسيوس    و ( $- 459{}^oف$ )

مثال 1:   جسم درجة حرارته  ( 20 ${}^oس$ )، كم تقابل بالتدريج الفهرنهايتي؟ وكم بالتدريج كلفن؟

               الحل:    $ف = 32 + س\frac{9}{5} = 32 + 20\times \frac{9}{5} = 68 {}^oف$   

                            ك =  س  + 273 = 20 + 273 = 293${}^oك$         

     مثال2: استخدمت ممرضة مقياس  درجة الحرارة ذو تدريج فهرنهايتي  لقياس درجة حرارة جسم شخص ما، وحصلت على قراءة ( $104{}^o ف$ )

              هل  هذا الشخص مريض أم سليم؟ وضح إجابتك.

        الحل: نعلم أن درجة حرارة الجسم السليم تساوي $37{}^oس$، لذلك  يجب أن نحول  القياس الفهرنهايتي إلى القياس وفق التدريج سلسيوس.

                                   $س =( ف - 32 )\frac{5}{9} = ( 104 - 32 ) \times \frac{5}{9} = 40{}^oس$ 

                              وهي درجة حرارة أعلى من درجة حرارة الجسم السليم. لذلك الشخص مريض.    

 

     مثال3:  عند أي قيمة  عدديةتتساوى القيمة العددية  لقراءة كل من التدريج  سلسيوس والتدريج الفهرنهايت ( أي    س = ف )

         الحل: حيث س =ف  يمكن استخدام العلاقة:     

                            ف = 32 + $\frac{9}{5} س$   ويمكن كتابتها كالتالي : س = 32 + $\frac{9}{5} س$  $\Leftarrow$ س $- \frac{9}{5}س = 32$ 

                                                                                                     $\Leftarrow$$-\frac{4}{5} س = 32$ $\Leftarrow$ س=  $-$ 40 ${}^oس$

           والجدول التالي يلخص علاقات التحويل بين الأنظمة وأمثلة على كل منها:

للتحويل من:	معادلة التحويل	مثال
سلسيوس إلى فهرنهايت	$ف=\frac{9}{5}س+32$	$$\begin{gathered} س=30°س \\ ف=\frac{9}{5}\times 30+32=86°ف \end{gathered}$$
فهرنهايت إلى سلسيوس	$س=\frac{5}{9}(ف-32)$	$$\begin{gathered} ف=80°ف \\ س=\frac{5}{9}(80-32)=26.67°س \end{gathered}$$
سلسيوس إلى مطلق	$ك=س+273$	$$\begin{gathered} س=250°س \\ ك=250+273=523 ك \end{gathered}$$
مطلق إلى سلسيوس	$س=ك-273$	$$\begin{gathered} ك=250 ك \\ س=250-273=-23°س \end{gathered}$$

        

                                سؤال:   حول  التدريج   293 ${}^o$ك الى تدريج  ${}^oف$.

 

                                              التوسع: ميزان الحراة الطبي

                                                                                   

                                                                  الشكل: ميزان حرارة طبي

           يتم وضع المستودع اما في الفمأو الاذن  أو الإبط  أو في فتحة الشرج للوصول إلى درجة حرارة الجسم الفعلية. ويتراوح تدريجه بين $(42{}^oس ) و( 35{}^oس)$                    

       تتراوح درجة حرارة جسم الانسان بين $35°س$ و $42°س$ ، حيث ان انخفضت درجة حرارة الانسان عن $35°س$ تتوقف عملية الأيض  في جسم الانسان ويؤدي

       الى الوفاة ، اما اذا ارتفعت عن $42°س$ يسبب التشنج الحراري الذي يؤدي بدوره الى توقف خلايا الدماغ ويؤدي الى الوفاة.

        ودرجة حرارة الجسم الطبيعية للبالغ حوالي  $37°س$فأي زيادة او نقصان يجب التصرف المباشر.