Термометр ыстық пен суықты қалай ажыратады?

Күнделікті өмірде біз ауа райының қаншалықты жылы немесе салқын екенін білгіміз келгенде, ең алдымен термометрге көз тастаймыз. Алайда, бұл қарапайым құралдың артында қандай физикалық құбылыстар жатқанын көпшілігіміз ойлана бермейміз. Сонымен, термометр ыстық пен суықты қалай “сезінеді”?

Температура деген не?

Ең алдымен, температура деген ұғымды түсініп алайық. Температура – бұл заттың ішкі энергиясының деңгейі. Ол молекулалар мен атомдардың қозғалыс жылдамдығына тікелей байланысты. Неғұрлым бұл бөлшектер жылдам қозғалса – заттың температурасы жоғары болады, ал қозғалыс баяуласа – температура төмендейді.

Яғни, термометрдің мақсаты – осы молекулалық қозғалыстың қарқындылығын өлшеп, оны түсінікті сандық мәнге айналдыру.

Термометр қалай жұмыс істейді?

Термометрлердің түрлері көп – сұйықтықты, электронды, инфрақызыл, биметаллды және т.б. Олардың әрқайсысы әртүрлі технологияға сүйенеді, бірақ барлығының мақсаты – қоршаған ортаның температурасын дәл және сенімді анықтау.

1. Сұйықтық термометрі

Бұл – ең көп таралған әрі қарапайым түрі. Ішінде сынап немесе спирт сияқты сұйықтық болады. Температура көтерілген кезде, бұл сұйықтық кеңейеді, ал суығанда – тартылады. Құбырдың бойындағы шкала бойынша сұйықтықтың деңгейін қарап, температураны білуге болады.

Мысалы, сынап 1°C-қа артқан сайын нақты көлемге кеңейеді, және бұл қасиет оны өте дәл өлшеу құралына айналдырады. Дегенмен, сынап улы болғандықтан, бүгінде көпшілігі спиртке негізделген немесе электронды түрлерге көшкен.

2. Электронды термометр

Электронды термометрлерде температураны өлшеу үшін термистор деп аталатын материал қолданылады. Бұл – температура өзгерген кезде өзінің электрлік кедергісін өзгертетін арнайы компонент. Сол кедергінің мәні арнайы микросхемалар арқылы өңделіп, дисплейге нақты температура ретінде шығарылады.

3. Инфрақызыл термометр

Бұл заманауи құрылғы адамның немесе заттың шығаратын жылулық сәулесін өлшейді. Әрбір дене белгілі бір мөлшерде инфрақызыл толқын шығарады. Осы толқындардың қарқындылығына қарап, құрылғы температураны есептейді. Артықшылығы – денеге тигізбей-ақ, қашықтан өлшеу мүмкіндігі бар.

Неліктен термометр “ыстық” пен “суықты” ажырата алады?

Температураның өзі — жылу энергиясының қозғалыс деңгейінің көрінісі. Термометрлер осы жылулық қозғалыстардың салдарын – кеңеюді, сәуле шығаруды немесе электрлік қасиеттердің өзгеруін тіркейді. Сол себепті, ыстық пен суықты оңай ажырата алады.

Мысалы, егер сіз бөлмеге жаңадан кіріп, қолыңызбен батареяға тисеңіз, денеңіздің температурасы төмен болса, батарея ыстық сезіледі. Ал жазда, далада біраз жүргеннен кейін сол батарея суық болып көрінуі мүмкін. Бұл – тек салыстырмалы сезім. Ал термометр дәл физикалық мәнді көрсетеді, сезім емес.

Термометрдің қолдану аясы

Термометрлерді тек ауа райын анықтауда емес, медицинада, өндірісте, тамақ пісіруде, ғылыми зерттеулерде де қолданамыз:

• Медицинада: дене қызуын дәл анықтау арқылы аурудың алдын алу.
• Индустрияда: машиналардың, құрылғылардың дұрыс жұмыс істеп тұрғанын бақылау.
• Ауыл шаруашылығында: өсімдіктер мен жануарлардың қолайлы жағдайын сақтау.
• Ас үйде: еттің немесе тәттілердің нақты дайын болу температурасын анықтау.

Қызықты деректер

• Сынап -38°C-та қатып, +357°C-та қайнайды, сондықтан кең ауқымды температураны өлшеуге мүмкіндік береді.
• Температураны алғаш рет өлшеу құрылғысын 1600-жылдары Галилей жасап шығарған. Ол спирт пен ауа қысымының өзгерісіне негізделген еді.
• Бүгінгі заманауи смарт-термометрлер Wi-Fi арқылы деректерді телефонға жібере алады.