دما
دما یک کمیت فیزکی و نسبی است که مقدار گرمی و سردی یک جسم را مشخص می‌کند. به لحاظ فیزیکی، به میزان حرکت و ارتعاش اتم‌های یک جسم دما می‌گویند. به این معنا که جسمی با دمای بالاتر دارای مولکول‌های با ارتعاش بالاتر و جسمی که سردتر است دارای مولکول‌های با حرکت و ارتعاش کمتر و بنابراین دمای کمتری است. دمای یک جسم به خودی خود قابل اندازه‌گیری نیست لذا باید نسبت به جسم دیگری اندازه‌گیری شود. با توجه به مفاهیم انرژی جنبشی و انرژی پتانسیل در فیزیک، می‌دانیم که گرما از جسم گرم‌تر به جسم سردتر انتقال می‌یابد پس می‌توان نتیحه گرفت که گرما در هیچ جسمی ذخیره نمی‌شود.
برای اندازه‌گیری دما در یک جسم از دماسنج استفاده می‌شود. دماسنج وسیله‌ای است که نسبت به جسمی دیگر (آب) جهت اندازه‌گیری دمای سایر اجسام مدرج شده است. گالیله، سانکتوریوس سانکوتوریوس، جیووانی فرانسیسکو ساگردو دانشمندانی بودند که در قرن 17 میلادی اولین بار روی ساخت دماسنج تمرکز کردند. محصولی که در ابتدا این افراد ساختند فاقد درجه‌بندی بود و تنها تغییرات دما را نشان می‌داد. در ادامه دانشمندان متوجه شدند که برای ارتقای دماسنج و اندازه‌گیری بهتر، باید نقاط ثابت برای آن تعریف کرد. در همین راستا رابرت هوک اولین فردی بود که از نقطه انجماد آب برای نقطه پایینی دماسنج استفاده کرد.
مقیاس‌های اندازه‌گیری دما
پس از تعیین نقاط بالا و پایین برای دماسنج، بین این دو نقطه درجه‌بندی شد و به این شکل تغییرات دما به شکل دقیقتری محاسبه شد.
این درجه‌بندی براساس واحدهای متفاوتی انجام می‌شود که مهمترین آن‌ها درجه سلسیوس (سانتیگراد)، فارنهایت، کلوین و رانکین است. سلسیوس به نام آندرس سلسیوس دانشمند سوئدی نام‌گذاری شده است. همچنین فارنهایت و کلوین هم از نام دانشمندانی به همین نام گرفته شده‌اند. تفاوت این مقیاس‌ها در نقاط ثابت بالا و پایین و درجه‌بندی بین آن‌هاست. به عنوان مثال در مقیاس درجه سانتیگراد، نقاط بالا و پایین به ترتیب نقطه جوش و انجماد آب خالص که 100 و 0 درجه هستند تعیین و فضای بین این دو به صد قسمت مساوی تقسیم شده است. دقت داشته باشید که مقدار حرارت یک جسم در یک لحظه معین مقدار ثابتی است اما اینکه چه عددی به آن اختصاص دهیم بسته به مقیاسی است که مورد استفاده قرار می‌گیرد. به عنوان مثال دمای آب جوش معادل 100 درجه سانتیگراد، 373.15 درجه کلوین، 212 درجه فارنهایت و 671 درجه رانکین است.
اگرچه واحدهای دیگری مانند رومیر، رومر، دلیزل و نیوتن هم برای اندازه‌گیری دما وجود دارند، اما به علت کاربرد کم خیلی مورد استفاده و رایج نیستند.
دماسنج‌های اولیه
جهت تعیین دما یا حرارت به وسیله دماسنج، همانطور که پیشتر ذکر شد از یک سیال استفاده میشد. در سال ۱۶۳۵ این سیال الکل بود که دانشمندان در ساخت دماسنج‌ها از آن بهره می‌بردند، اگرچه الکل سیالی کارآمد بود اما به علت تبخیر شدید جای خود را به جیوه داد. در سال 1640 دانشمند ایتالیایی به نام آکادمی لینچی توانست جیوه را جایگزین الکل کند. البته برای افزایش دقت اندازه‌گیری، وی تلاش کرد که مقداری از هوای داخل دماسنج را خارج کند و به نوعی فضای خلا بسازد.
با پیشرفت علم و آزمون و خطا در ساخت دماسنج‌ها مشخص شد که جیوه دارای مزیت‌های زیادی نسبت به سایر مایعات است. از جمله این مزیت‌ها می‌توان به کشش سطحی پایین، داشتن رنگ، دمای انجماد پایین‌تر از 0 و دمای جوش بیشتر از 100، ظرفیت گرمایی پایین و چگالی بالا اشاره کرد. در نتیجه دماسنج‌های جیوه‌ای همچنان در صنایع مختلف وجود داشته و مورد استفاده قرار می‌گیرند.
اهمیت اندازه‌گیری دما
عکس‌العمل مواد در دماهای متفاوت، اندازه‌گیری دما را بیش از هر چیزی مهم می‌کند. به عنوان مثال بازدهی برخی موتورها با بالا رفتن دما افزایش می‌یابد، یا برخی از عناصر شیمیایی تنها در شرایط دمایی معینی واکنش نشان می‌دهند. علاوه بر این افزایش ایمنی محیط کار با توجه به واکنش‌پذیری مواد در دماهای خاص، افزایش بازدهی با کاهش مصرف انرژی، تاثیر تغییرات دما بر تغییر شکل مواد علی‌الخصوص گازها، از جمله مواردی است که اهمیت دما و اطلاع از میزان دقیق آن را نشان می‌دهد.
روش‌های اندازه‌گیری دما
استفاده از دماسنج جیوه‌ای ابتدایی‌ترین و شناخته‌شده‌ترین روش اندازه‌گیری دما است. اما در کل اندازه‌گیری دما به دو روش تماسی و غیرتماسی انجام می‌شود که بصورت تیتروار به شرح زیر است:
- تماسی:
- ترموکوبل‌ها
- استفاده از مقاومت فلزهایی مثل نیکل، مس و پلاتین
- ترمیستورها
- به کمک جیوه
- به کمک خمیدگی فلزها: بی‌متال‌ها
- غیرتماسی
- از طریق صوت
- از طریق تابش
