نشاط عملي يوّضح كيفية قياس درجة الحرارة

2011 تجارب علمية الحرارة والطاقة

غريس ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

كيفية قياس درجة الحرارة درجة الحرارة الفيزياء

الأهداف

1- اختبار قدرة يديك على الإحساس بتغيرات درجة الحرارة.

2- فحص مواد مختلفة لمعرفة جودة تصويلها للحرارة.

 

الأدوات التي تحتاجها

1- ميزان حرارة لقياس درجة حرارة الغرفة

2- ثلاث شرائح بلورات سائلة لقياس درجة الحرارة

3- مواد مختلفة لإجراء الاختبار عليها مثل الخشب أو الحديد أو مادة الستايروفوم العازلة أو الزجاج أو البلاستيك أو ألواح سيراميك أو الكرتون، وينبغي أن تكون جميع هذه العينات ذات سطح مستوٍ أكبر حجماً من كف يدك.

 

خطوات العمل:

1 اترك كل هذه المواد في الخارج لمدة ساعة تقريباً، ثم المس كلاً منها واحدة تلو الأخرى. اترك يدك على كل من تلك المواد لمدة ثلاث ثوان تقريباً، ثم حاول أن تحدد أياً من المواد هي الأكثر برودة.

2 قارن بين المواد المختلفة باستخدام كلتا يديك. هل تشعر بأن إحدى يديك أكثر حرارة من الأخرى؟

3 رتب المواد على التسلسل مبتدئاً بالباردة ثم الساخنة، معتمداً على إحساسك بالبرودة أو الحرارة.

4 تأكد من القياسات التي قمت بها باستخدام ميزان حرارة البلورات السائلة لقياس درجة حرارة كل سطح من سطوح المواد المُختبرة بصورة دقيقة. ضع ميزان حرارة على كل سطح.

5 قِسْ درجة حرارة الغرفة بواسطة ميزان حرارة الغرفة، ثم قارنها مع درجة حرارة سطح كل مادة من المواد المستخدمة. هل تجدها متشابهة؟

 

املأ وعاءً بماء الصنبور ثم اتركه لمدة ساعة كي تصبح درجة حرارته قريبة من درجة حرارة الغرفة. املأ وعاءً آخر بالماء وضعه في الثلاجة لمدة ساعة.

ثم املأ وعاءً ثالثاً بالماء الدافئ من صنوبر الماء الساخن. ضع إحدى يديك في وعاء الماء الدافئ والأخرى في وعاء الماء البارد واتركهما في الماء لمدة 30 ثانية.

ضع كلتا يديك الآن في الوعاء الذي درجة حرارته مماثلة لدرجة حرارة الغرفة، ستجد أن درجة حرارة الجلد في كلتا يديك مختلفة، والنتيجة هي أن درجة حرارة الماء في الوعاء الثالث تبدو مختلفة عن درجة الحرارة في كلتا يديك.

 

تحليل

يمكن أن تستدل من خلال الأعصاب التي تتحسس درجة الحرارة في جلدك بالفرق بين درجة الحرارة داخل جسمك (98.6 درجة فهرنهايت، 37 درجة مئوية) ودرجة الحرارة على سطح جلدك، والتي تكون عادة أقل قليلاً.

إذا لامست شيئاً أبرد من جلدك فإن جلدك سيشعر بالبرودة، ومن ثم ترسل أعصابك رسالة إلى دماغك تخبرك بأنك تقوم بملامسة مادة باردة، وكي تشعر بأن الجسم الذي تتحصصه بارد يجب أن يكون هذا الجسم أبرد من يدك ويستطيع نقل حرارة جسمك (يقوم بتوصيل الحرارة) بحيث يبعث البرودة في جلدك.

قارن الخشب والبلاستيك أو مادة الستايروفوم العازلة بالمعدن أو السيراميك في بادئ الأمر. لقد كانت درجة حرارة جميع المواد مماثلة لدرجة حرارة الغرفة.

 

لذلك فقد كانت درجة حرارتها أقل من درجة حرارة يديك، لكنها لم تكن متساوية من حيث الإحساس بالبرودة، لأن كلاًّ منها قام بنقل الحرارة من يديك بمعدلات مختلفة.

إن الستايروفوم والخشب والبلاستيك مواد عازلة، بمعنى أن الحرارة لا تمرّ فيها على نحوٍ سريع، وعندما تلامسها تتدفق الحرارة من يدك إلى المادة وتجعل سطحها ساخناً.

 

وبما أن هذه الحرارة لا تنتقل بسرعة فإن حرارة سطح المادة تصبح مساوية لحرارة يدك، وما إن تمضي ثوانٍ قليلة حتى يختفي الفرق بين درجة الحرارة داخل جسمك ودرجة حرارة جلدك الملامس لتلكالمادة، ونتيجة لهذا لن تحس أعصابك بأي فرق في درجة الحرارة، وتصبح المادة العازلة ساخنة.

إن المعدن والخزف أجسام جيدة التوصيل للحرارة. تنتقل الحرارة من يدك بشكل سريع لتجعل سطح المادة وجلدك أكثر برودة من داخل جسمك، وتحس أعصابك بهذا الفرق فتُعلِمُ دماغك أن المعدن بارد.

 

لماذا ارتفعت حرارة المواد أثناء إجراء التجربة؟

إذا تركت يدك على سطح مادة ما لفترة طويلة فإن حرارة يدك ستسخن المادة، وبالتالي تغير من النتائج التي توصلت إليها.

وكي تتجنب ذلك قم بإجراء المقارنة بسرعة، ثم انتظر دقائق قليلة قبل أن تلمس المادة مرة أخرى حتى تعود تلك المادة إلى درجة حرارة الغرفة.

 

البلورات السائلة

ميزان حرارة البلورات السائلة هو عبارة عن شرائح بلاستيكية تحتوي على سائل خاص داخل مجموعة من الجيوب الرقيقة الشفافة، والسائل الذي تحتوي مكوّن من جزيئات حلزونية طويلة.

عندما ترتفع درجة الحرارة تضيق الحلزنة بالطريقة نفسها التي ينضغط فيها النابض، ثم يتبدل لون الضوء المنعكس من الجزيئات.

فعلى سبيل المثال، ينعكس الضوء الأخضر عند درجات حرارة معينة ويظهر الجيب الأخضر مضاءً والرقم المطبوع على الشريحة واضحاً ومبيناً درجة الحرارة.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]