تعریف: دما معیاری است که میزان گرمی یا سردی یک جسم را مشخص  می کند. دما را با نماد نشان می دهند و یکای اندازه گیری آن درجه سلسیوس با علامت است.

دماسنج

 دانش اندازه گیری دما را دماسنج می نامند. این عمل با وسیله ای به نام دماسنج انجام می گیرد.

دماسنجی بر چه اساسی صورت می گیرد؟

ج: تغییر دمای اجسام و مواد مختلف می تواند باعث تغییر طول، حجم، رنگ و یا سایر ویژگی های فیریکی آن شود. تغییرات این کمیتها می تواند معیاری برای اندازه گیری دما باشد. مثلاً اکثر مایعات بر اثر افزایش دما منبسط می شوند و از این خاصیت در ساختن دماسنج های جیوه ای یا الکلی استفاده می شود.

ساختمان یک دماسنج جیوه ای یا الکلی ساده چگونه است؟

ج: این دماسنج ها مطابق شکل زیر از یک لوله شیشه ای باریک سربسته( خالی از هوا) متصل به یک مخزن تشکیل شده اند. مخزن پر از جیوه( یا الکل) است. با بالا رفتن دمای مایع درون مخزن، حجم آن بیشتر می شود( انبساط می یابد) و مایع در لوله باریک بالا می رود و سطح بالایی آن در ارتفاع بالاتری قرار می گیرد. از ارتفاع مایع در لوله باریک می توان برای اندازه گیری دما استفاده کرد، زیرا هرچه دما بالاتر باشد، ارتفاع مایع بیشتر و هر چه دما کمتر باشد، ارتفاع مایع کمتر است.

آیا می دانید که چگونه خطای حواس ما می تواند باعث نتیجه گیری اشتباه درباره دمای جسم ها شود؟ آزمایشی طراحی کنید و آن را انجام دهید که این خطا را نمایش دهد. نتیجه آزمایش را برای دوستان خود گزارش کنید.

ج: سه ظرف محتوی آب با دماهای مختلف را در نظر می گیریم. ابتدا یک دست خود را در آب سرد و دست دیگر را در آب گرم قرار می دهیم و چند دقیقه صبر می کنیم. سپس دستان خود را خارج کرده و هر دو را وارد ظرف آب ولرم می کنیم. دستی که در آب سرد بود آب ولرم را گرم و دستی که در آب گرم قرار داشت آنرا سرد احساس می کند. این آزمایش نشان می دهد حواس ما در اندازه گیری های مختلف می تواند دچار خطا شود. لذا برای اندازه گیری کمیتهای مختلف باید از ابزارهای دقیق تر و مطمئن تری استفاده کنیم.

 

در توضیح ساختمان دماسنج دیدیم که لوله باریک باید خالی از هوا باشد. تحقیق کنید که وجود هوا در لوله باریک چه اشکالی به وجود می آورد.

جواب: وجود هوا باعث می شود که دمای جسم با مقدار واقعی اندازه گیری نشود.

 

وسیله های آزمایش : یک ظرف شیشه ای نشکن با درپوش چوب پنبه ای یا لاستیکی سوراخ دار ، یک لوله ی شیشه ای باریک و بلند ، چراغ گازی یا الکلی .
١- ظرف شیشه ای را از آب پر کنید و لوله ی شیشه ای بلند را از سوراخ درپوش بگذرانید . سپس در را ببندید . مقداری آب در لوله ی باریک بالا خواهد آمد . ارتفاع آب در لوله را علامت بزنید
٢- ظرف شیشه ای پر از آب را روی شعله قرار دهید و تغییر ارتفاع آب در لوله ی باریک را اندازه گیری کنید .
از این آزمایش چه نتیجه ای می گیرید ؟ توضیح دهید که چگونه می توانید با در جه بندی لوله ی باریک نتیجه ی آزمایش را به صورت کمّی درآورید .
آزمایش های دیگری طراحی کنید و آن ها را انجام دهید که انبساط مایع ها و جامدها را نمایش دهد . شرح و نتیجه آزمایش را بنویسید . 

جواب: از این آزمایش نتیجه می شود مایعات در اثر گرما انبساط پیدا می کنند. برای درجه بندی لوله باریک فرض کنید به ازای تفزتیش هر ۵ درجه دمای آب یک علامت بر روی لوله قرار دهید. در این صورت از تقسیم ارتفاع بین دو علامت به عدد ۵ نتیجه خواهید گرفت که آب در لوله به ازای افزایش یک درجه دمای آن چند میلی متر بالا رفته است.

برای نشان دادن انبساط جامدات یک رشته سیم را بین دو نقطه به طور کشیده می بندیم و از پایین با شعله ای سیم را گرم می کنیم. مشاهده می شود سیم شل شده و از حالت کشیده در می آید یعنی طول آن افزایش پیدا کرده است. یا مطابق شکل (الف) مقابل گلوله ای فلزی و حلقه ای به قطر گلوله را در نظر می گیریم. هنگامی که گلوله و حلقه همدما هستند گلوله از حلقه عبور می کند اما اگر گلوله را گرم کنیم به علت انبساط مجدداً از حلقه رد نخواهد شد.

برای نشان دادن انبساط مایعات نیز مطابق شکل (ب) اگر ظرف محتوی مایع را گرم کنیم مشاهده می شود ابتدا به علت انبساط ظرف مایع اندکی در لوله پایین می آید و سپس به علت انبساط مایع بالا می رود.

 

 روش مدرج کردن یک دماسنج جیوه ای( یا الکلی)

 برای مدرج کردن دماسنج به دو دمای ثابت و قابل دسترس مثلاً دماهای جوش و انجماد آب نیاز داریم. این نقاط را نقطه های ثابت دماسنجی می نامند. دمای کم را نقطه پایین و دمای زیاد را نقطه بالای دماسنجی می گویند. رایج ترین نحوه انتخاب اندازه دمای مربوط به هر ارتفاع از ستون مایع در دماسنج و تعیین نقاط ثابت دماسنجی، روش درجه بندی( یا مقیاس) سلسیوس است. در درجه بندی سلسیوس نقطه پایین برابر دمای یخ در حال ذوب است که آنرا برابر صفر و نقطه بالای دمای بخار آب جوش می باشد که آنرا برابر صد در نظر می گیرند. سپس بین تین دو نقطه را به صد درجه مساوی تقسیم می کنند و هر قسمت را «یک درجه سلسیوس» می نامند. درجه سلسیوس با نماد     نشان داده می شود.

Eتذکر:۱-  هنگام مشخص کردن نقطه پایین دماسنج، مخزن دماسنج باید کاملاً درون مخلوط یخ و آب قرار گیرد و نیز موقع مشخص کردن نقطه بالا، مخزن دماسنج باید در تماس کامل بخار آب باشد.

۲- لوله دماسنج باید خالی از هوا باشد، زیرا در صورت وجود هوا در لوله، جیوه داخل آن نمی تواند به راحتی بالا رود و در نهایت انبساط جیوه و هوا موجب شکستن لوله دماسنج خواهد شد.

۳- دماهای کمتر از صفر درجه سلسیوس را با علامت منفی نشان می دهند.

س: نحوه استفاده از دماسنج چگونه است؟

ج: برای اندازه گیری دما توسط دماسنج آن را در تماس با جسمی که می خواهیم دمای آنرا اندازه بگیریم، قرار می دهیم به گونه ای که مخزن دماسنج در تماس کامل با جسم مورد نظر باشد. مدتی( حدود دو الی سه دقیقه) صبر می کنیم تا ارتفاع مایع در لوله باریک دماسنج دیگر تغییر نکند. آنگاه عددی را که در مقابل سطح مایع در لوله ثبت شده است می خوانیم. این عدد دمای آن جسم را نشان می دهد.