ما هي درجة الحرارة؟ حقائق حول مقاييس فهرنهايت ودرجة مئوية وكلفن

بالعربي/ ما هو أفضل مقياس درجة حرارة؟

يتم قياس الحرارة والباردة باستخدام مقياس رقمي يسمى درجة الحرارة. مقاييس درجة الحرارة هي الطريقة التي نتواصل بها بشأن الطقس ، وقياس السلامة والراحة ، وشرح العالم المادي. باستخدام خطوط الأساس التي اختارها العلماء لإنشاء قياسات نسبية ، أو مقاييس درجة الحرارة لقياس شدة الحرارة ، أو مقدار الطاقة الحرارية الموجودة في مادة أو مادة (مثل الهواء ، أو قدر من الماء ، أو سطح الشمس). هناك ثلاثة أنظمة قياس شائعة الاستخدام: فهرنهايت ودرجة مئوية وكلفن.

ما هي درجة الحرارة؟

درجة الحرارة هي الطاقة التي يتم قياسها باستخدام أداة تسمى مقياس الحرارة ، والتي تأتي من الكلمتين اليونانيتين “ترمس” (ساخن) و “مترون” (قياس) ، وفقًا لقاموس علم أصل الكلمة على الإنترنت . تعريف آخر لدرجة الحرارة هو أنها مقياس لمتوسط الطاقة الحركية – طاقة الكتلة المتحركة – لجزيئات المادة ، وفقًا لجامعة ولاية جورجيا. 

يُزعم أن الطبيب اليوناني القديم أبقراط علّم أنه يمكن استخدام اليد البشرية للحكم على وجود الحمى لدى شخص ما منذ عام 400 قبل الميلاد ، وفقًا لتقرير صدر عام 2019 في مجلة Nature Public Health Emergency Collection . ومع ذلك ، لم يتم تطوير أدوات دقيقة لقياس درجة حرارة جسم الإنسان حتى القرنين السادس عشر والسابع عشر.

فهرنهايت: أول مقياس حرارة دقيق

في عام 1714 ، كشف الفيزيائي الهولندي المولد والمخترع وصانع الأدوات العلمية دانييل غابرييل فهرنهايت عن مقياس حرارة يعتمد على الزئبق. الزئبق ، معدن سائل ، يتوسع ويتقلص بناءً على درجة الحرارة المحيطة عندما وضع فهرنهايت الزئبق في أنبوب مغلق مميز بمقياس مرقّم ، رأى الزئبق يرتفع وينخفض ​​عندما تعرض لدرجات حرارة مختلفة. وفقًا للجمعية الملكية في المملكة المتحدة ، كان هذا أول مقياس حرارة عملي ودقيق معروف في العالم. 

استند فهرنهايت في اختراعه إلى مقياس الحرارة الذي يعتمد على الكحول للعالم الدنماركي أول رويمر. وصف رومر مقياس درجة الحرارة الخاص به بعلامة الصفر عند درجة الحرارة حيث يتجمد المحلول الملحي (الماء المالح) و 60 نقطة على أنها نقطة غليان الماء ، كما كتب أولريش جريجول ، المدير الراحل لمعهد الديناميكا الحرارية في الجامعة التقنية في ميونيخ في ألمانيا ، في عرض تقديمي للمؤتمر عام 1986 . ذاب الجليد عند 7.5 درجة على مقياس رومر ، وسجل جسم الإنسان عند 22.5 درجة.

ومع ذلك ، كان مقياس حرارة فهرنهايت أكثر دقة. استخدم نفس النقاط المرجعية للتجميد والغليان مثل مقياس Roemer – المشار إليه في كتاباته باسم “Extream Cold” و “Extream Hott” – لكنه ضاعف المقياس تقريبًا بأربعة لتقسيم كل علامة على المقياس إلى زيادات دقيقة. كتب غريغول على مقياس فهرنهايت ، أن النقاط المرجعية الأربع هي: 0 (عند درجة حرارة التجمد المشتركة لمحلول ملحي) ، و 30 (نقطة تجمد الماء العادي) ، و 90 (درجة حرارة الجسم) ، و 240 (نقطة غليان الماء).

نشر فهرنهايت ورقة تصف مقياسه في مجلة Philosophical Transactions في عام 1724. وفي نفس العام ، تم إدخال فهرنهايت في الجمعية الملكية ، الأكاديمية الوطنية للعلوم في المملكة المتحدة. كتب غريغول: “نتج عن زمالة الجمعية الملكية في مقياس الحرارة الخاص به ، وبالتالي حجمه ، تلقى قبولًا خاصًا في إنجلترا ، وبالتالي في أمريكا الشمالية والإمبراطورية البريطانية لاحقًا”. نظام قياس فهرنهايت ، الذي يشار إليه أحيانًا كجزء من النظام الإمبراطوري ، سافر حول العالم مع الإمبراطورية البريطانية.

ومع ذلك ، لا يزال عدد قليل من البلدان اليوم يستخدم الفهرنهايت لقياس درجة الحرارة. تمسكت الولايات المتحدة وأراضيها ، إلى جانب جزر الباهاما ، وبالاو ، وبليز ، وجزر كايمان ، وولايات ميكرونيزيا الموحدة وجزر مارشال ، بمقياس درجات الحرارة ، على الرغم من انتقال بقية العالم إلى مقياس مئوية ، وفقًا إلى مورد الجغرافيا عبر الإنترنت World Atlas .

بعد وفاة فهرنهايت في عام 1736 ، تمت إعادة معايرة مقياس فهرنهايت لجعله أكثر دقة قليلاً. تم تحديد نقاط التجمد والغليان الدقيقة للماء العادي ، ناقص الملح ، عند 32 درجة فهرنهايت و 212 درجة فهرنهايت ، على التوالي. تم تحديد درجة حرارة جسم الإنسان الطبيعية عند 98.6. 

غالبًا ما يتم التعبير عن درجات الحرارة بالفهرنهايت كرقم متبوعًا بـ ℉ أو ببساطة F.

مئوية: مقياس أكثر علمية

كتب أولوف بيكمان ، عالم فيزياء الحالة الصلبة بجامعة أوبسالا في السويد : “يجب الاعتراف بأن أندرس سيلسيوس هو أول من أجرى ونشر تجارب دقيقة تهدف إلى تعريف مقياس درجة حرارة دولي على أسس علمية” . كانت سيليزيوس عالمة فلك سويديًا ، ويُنسب إليها اكتشاف العلاقة بين الشفق القطبي ، المعروف أيضًا باسم الشفق القطبي ، والمجال المغناطيسي للأرض ، بالإضافة إلى طريقة لتحديد سطوع النجوم ، وفقًا للحقل المغناطيسي الوطني الأمريكي . المختبر .

في اقتراح للأكاديمية الملكية السويدية للعلوم في عام 1742 ، اقترحت سيليزيوس مقياسًا يعتمد على نقطتين ثابتتين: 0 (نقطة غليان الماء) و 100 (نقطة تجمد الماء). بعد وفاة سيليسيوس في عام 1744 ، اقترح عالم التصنيف السويدي الشهير كارل لينيوس تبديل النقاط الثابتة ، مع 0 يشير إلى نقطة تجمد الماء و 100 نقطة غليان ، وفقًا لإرث أندرس سيلسيوس في JSTOR Daily ، مكتبة رقمية. تم تمديد المقياس أيضًا ليشمل الأرقام السالبة.Advertisement

كانت الدرجة المئوية تسمى في البداية مقياسه “مئوية” من اللاتينية وتعني مائة (“سنتي”) درجة (“درجة”) ، لأن هناك 100 نقطة بين الماء المتجمد والغليان. في عام 1948 ، قام مؤتمر دولي حول الأوزان والمقاييس (Conference General des Poids et Measures) بتغيير الاسم إلى “Celsius” تكريماً لـ Anders Celsius ، وفقاً للمعهد الوطني الأمريكي للمعايير والتكنولوجيا (NIST) .

مقياس مئوية هو جزء من النظام المتري ، والمعروف باسم النظام الدولي للوحدات (SI). يمكن التعبير عن درجات الحرارة بالدرجة المئوية في صورة عدد من الدرجات متبوعة بالرموز ℃ ، أو ببساطة C. 

مقياس درجة مئوية لديه 100 درجة بين غليان الماء وتجمده ، بينما درجة فهرنهايت 180 درجة. هذا يعني أن الدرجة الواحدة المئوية تساوي 1.8 درجة فهرنهايت. عند -40 درجة ، يكون لكلا المقياسين نفس القيمة: -40 درجة مئوية = -40 درجة فهرنهايت.

كلفن: مقياس مطلق للعلماء

في عام 1848 ، اقترح عالم الرياضيات والعالم البريطاني ويليام طومسون (المعروف أيضًا باسم اللورد كلفن) مقياس درجة حرارة مطلقة ، والذي كان مستقلاً عن خصائص مادة مثل الجليد أو جسم الإنسان. واقترح أن نطاق درجات الحرارة المحتملة في الكون يتجاوز بكثير تلك التي اقترحتها سيليزيوس وفهرنهايت. لم يكن مفهوم الحد الأدنى لدرجة الحرارة المطلقة جديدًا ، وفقًا لـ NIST ، لكن كلفن وضع رقمًا دقيقًا له: 0 كلفن يساوي -273.15 درجة مئوية.

قالت جوليا شيرشليغت ، الخبيرة في قياس الضغط والفراغ في المعهد الوطني للعلوم والتكنولوجيا في الولايات المتحدة ، لـ Live Science ، إن “درجة الحرارة الديناميكية الحرارية” تختلف عن درجات الحرارة القائمة على نقاط التجمد والانصهار للسوائل. 

وقالت “درجة الحرارة الديناميكية الحرارية مطلقة ، وليست نسبة إلى النقاط الثابتة. إنها تصف كمية الطاقة الحركية التي تحتويها الجسيمات التي تشكل كتلة من المادة ، والتي تتأرجح وتهتز على مستويات شبه مجهرية”. “مع انخفاض درجة الحرارة ، تتباطأ الجسيمات حتى عند نقطة ما ، تتوقف كل الحركة. هذا هو الصفر المطلق ، وهو معيار مقياس كلفن.”

يحدث الصفر المطلق عند −273.15 درجة مئوية أو 459.67 فهرنهايت حتى وقت قريب ، اعتقد العلماء أنه لا يمكن للبشر إعادة تكوين درجة الحرارة هذه (لأنه لكي تصبح باردة ، يجب إضافة الطاقة إلى النظام لتبريده ، مما يعني أن النظام سيكون كذلك أكثر دفئا من الصفر المطلق). لكن في عام 2013 ، تمكن الفيزيائيون الألمان من دفع الجسيمات إلى درجات حرارة متناقضة تحت الصفر المطلق .

بالنسبة لعقل كلفن ، كان الصفر المطلق هو المكان الذي يجب أن يبدأ فيه مقياس درجة الحرارة ، ولكن للراحة ، استخدم العلامات والفواصل الزمنية لمقياس سيليزيوس المعروف على نطاق واسع كقاعدة لمقياس درجة الحرارة الخاص به. على هذا النحو ، في مقياس كلفن ، يتجمد الماء عند 273.15 كلفن (0 درجة مئوية) ويغلي عند 373.15 كلفن ، أو 100 درجة مئوية.

يشار إلى كلفن واحد على أنه وحدة ، وليس درجة ، ويساوي درجة واحدة على مقياس سلزيوس. يستخدم العلماء مقياس كلفن بشكل أساسي.

في عام 2018 ، أعيد تعريف كلفن لجعله أكثر دقة ، وفقًا لورقة بحثية في مجلة Metrologia ، وأصبح تعريفه الآن مرتبطًا بثابت بولتزمان . يربط هذا الثابت درجة الحرارة بالطاقة الحركية داخل المادة.

التعريف الجديد ، وفقًا للمؤتمر العام للأوزان والمقاييس ، هو: “كلفن ، الرمز K ، هو وحدة SI لدرجة الحرارة الديناميكية الحرارية ؛ يتم تحديد حجمها عن طريق تحديد القيمة العددية لثابت بولتزمان لتكون مساوية بالضبط 1.380649 × 10-23 … J K-1 [جول لكل كلفن]. “

ما هو المقياس الأفضل؟

يمكن أن يختلف أفضل مقياس لقياس درجات الحرارة اعتمادًا على الظروف ، أي المجتمع الذي تشارك معه المعلومات. تاريخيًا ، يستخدم الأمريكيون مقياس فهرنهايت للحياة اليومية ، بما في ذلك الطقس والطبخ ، لذلك من الأفضل استخدام قياسات فهرنهايت في الولايات المتحدة. لكن معظم البلدان تستخدم الدرجة المئوية ، لذلك من الأفضل استخدام هذا المقياس في جميع أنحاء العالم ، وأثناء التواصل دوليًا. في النهاية ، يعتمد أفضل مقياس للاستخدام العرضي على الاتفاقية وما يستخدمه الأشخاص من حولك.

ولكن ما هو المقياس الأكثر دقة؟ 

قال شيرشليغت: “الدقة ليست في الحقيقة سمة من سمات الميزان”. بدلاً من ذلك ، تعتمد دقة القياس على الزيادات المعطاة بواسطة مقياس الحرارة المستخدم ، وتقنية الشخص الذي يستخدمه. “يمكن قياس الرقم بدقة اعتباطية على أي مقياس. لكن كلفن فقط هو الذي يعتمد على الفيزياء ، مما يعني أنه المقياس الأكثر دقة.” 

يمكن معايرة مقياس كلفن ، الذي يعتمد على الخصائص الفيزيائية لأي غاز ، بدقة في أي مكان في الكون باستخدام المعدات المناسبة والثابت الشامل. لهذا السبب يفضل العلماء غالبًا استخدام مقياس كلفن في تجاربهم. 

المصدر/ livescience.comالمترجم/barabic.com