θερμόμετρο

Κάθε όργανο κατάλληλο για τη μέτρηση της θερμοκρασίας. Τα περισσότερα θ. βασίζονται στη διαστολή των σωμάτων με την αύξηση της θερμοκρασίας. Τα σύγχρονα θ. βασίζονται όλο και περισσότερο στη μεταβολή της ηλεκτρικής αγωγιμότητας ειδικών ημιαγωγών (θερμίστορ) ή κάνουν χρήση άλλων φαινομένων (π.χ. θερμοηλεκτρικό φαινόμενο). Ένα καλό θ. πρέπει να απορροφά τη μικρότερη δυνατή ποσότητα θερμότητας για να αποκαθίσταται η θερμική ισορροπία με το σώμα του οποίου θέλουμε να μετρήσουμε τη θερμοκρασία έτσι ώστε να διαταράξει όσο γίνεται λιγότερο τη θερμοκρασία του σώματος. θ. υγρών. Αποτελούνται σχηματικά από έναν τριχοειδή σωλήνα με ένα απιοειδές δοχείο στο ένα άκρο όπου εισάγεται το υγρό πριν κλειστεί το άλλο άκρο. Συνήθως το υγρό είναι o υδράργυρος. Το θ. βαθμονομείται αφού βυθιστεί σε νερό με λιωμένο πάγο και σημειωθεί στη στάθμη που φτάνει ο υδράργυρος στον σωλήνα το σημείο 0°. Σιγά-σιγά αυξάνουμε τη θερμοκρασία και το φέρουμε στους ατμούς ύδατος που βράζει (σε πίεση 760 χιλιοστών στήλης υδραργύρου) και στη στάθμη που φτάνει ο υδράργυρος σημειώνουμε το 100, μετά διαιρούμε τη στήλη από 0-100 και έχουμε την εκατονταβάθμια θερμομετρική κλίμακα ή κλίμακα Κελσίου. Εκτός από αυτήν την κλίμακα, που χρησιμοποιείται παγκόσμια στον επιστημονικό τομέα, χρησιμοποιείται ακόμα στις αγγλοσαξονικές χώρες η κλίμακα Φαρενάιτ που μεταβάλλεται από 32° (λιωμένος πάγος) στους 212° (νερό που βράζει). Επίσης, στη Γερμανία παλαιότερα ήταν σε χρήση η κλίμακα Ρεωμύρου που μεταβάλλεται από 0° (λιωμένος πάγος) έως τους 80° (νερό που βράζει). Με τα υδραργυρικά θ. εκατονταβάθμιας κλίμακας μπορούμε να μετρήσουμε τη θερμοκρασία από -38°C (σημείο πήξης του υδράργυρου -38,87°C) έως περίπου 350°C (σημείο ζέσης του υδραργύρου 356,95°C). Αν όμως ο υδράργυρος βρίσκεται μαζί με συμπιεσμένο αέριο, μπορούμε να υπερβούμε τους 500°C. Για μετρήσεις Θερμοκρασιών κάτω από τους 38°Cχρησιμοποιούνται θ. αιθυλικής αλκοόλης CH₃CH₂OH (έως -80°C), τολουόλης C₆H₅-CH₃ (έως -80°C) και πεντανίου C₅H₁₂ (έως -200°C). θ. με αέριο. Με αυτά μετριέται η μεταβολή της πίεσης ενός αερίου, σε σταθερό όγκο, με τη μεταβολή της θερμοκρασίας. Τα αέρια που χρησιμοποιούνται είναι συνήθως το υδρογόνο (H₂), το ήλιο (He) και το άζωτο (N₂). Τα συγκεκριμένα θ. διακρίνονται σε δύο τύπους: α) θ. σταθερής πίεσης. Στο θ. αυτό o όγκος που καταλαμβάνει η δοσμένη μάζα αερίου σε σταθερή πίεση χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της θερμοκρασίας του λουτρού στο οποίο βυθίζεται το δοχείο που περιέχει το αέριο. Μία θερμοκρασία tp°C σε αυτή την κλίμακα καθορίζεται ως εξής: t_P = (V_t – V₀) /(V₁₀₀ – V₀) x 100°C, όπου V_t, V₁₀₀ και V₀ οι όγκοι που καταλαμβάνει το αέριο στη θερμοκρασία tp, στο κανονικό σημείο βρασμού του νερού και στο κανονικό σημείο τήξης του πάγου αντίστοιχα. Η κλίμακα που δίνεται αν χρησιμοποιηθεί ένα πραγματικό αέριο στο θ. θα διαφέρει από την κλίμακα ιδανικού αερίου, εξαιτίας του γεγονότος ότι το αέριο δεν υπακούει ακριβώς στον νόμο του Μπόιλ παρά μόνο σε υπερβολικά χαμηλή πίεση. Στις ενδείξεις, επομένως, πρέπει να γίνονται διορθώσεις. β) θ. σταθερού όγκου. Σε αυτό το θ. η πίεση που εξασκείται από έναν σταθερό όγκο αερίου χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της θερμοκρασίας του λουτρού στο οποίο έχει βυθιστεί το δοχείο που περιέχει το αέριο. Μία θερμοκρασία t°C ορίζεται σε αυτή την κλίμακα ως: t = (P_t – P)/(P₁₀₀ – P₀) x 100°C, όπου P₀, P₁₀₀ και P_t οι πιέσεις που εξασκούνται από το αέριο στο σημείο τήξης του πάγου, στο σημείο βρασμού τoυ νερού και στη θερμοκρασία t αντίστοιχα. Αν χρησιμοποιηθεί υδρογόνο (H₂) ή άζωτο (N₂) σε δοχείο λευκόχρυσου-ιριδίου (PtIr) ή λευκόχρυσου-ροδίου (PtRh) μπορεί να καλυφτεί κλίμακα θερμοκρασιών από –260°C έως 1600°C. Υπάρχουν δύο κύρια σφάλματα στα οποία οφείλεται η διαφορά ανάμεσα στη θερμοκρασία στην αέρια κλίμακα και στη θερμοδυναμική θερμοκρασία: (1) το αέριο δεν είναι ιδανικό και έτσι το γινόμενο (P.V) ισούται με (Α+ΒΡ) και γίνεται ανεξάρτητο από την πίεση μόνο αν αυτή είναι πολύ μικρή. (2) Ο όγκος του αερίου δεν είναι σταθερός και όχι ολόκληρος στην ίδια θερμοκρασία, όπως συμβαίνει σχεδόν σε όλα τα σώματα. θ. τάσης ατμών. Ένα θ. του οποίου η λειτουργία βασίζεται στο γεγονός ότι η πίεση (κορεσμένων) ατμών ενός υγρού είναι μία συνάρτηση μόνο της θερμοκρασίας. Τα θ. αυτού του τύπου είναι τα πιο κατάλληλα για τη μέτρηση θερμοκρασιών κάτω από το σημείο βρασμού του ηλίου (-268°C). Η ενεργός ουσία που μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε ένα θ. τάσης ατμών είναι He (ήλιο), ΝΗ₃ (αμμωνία), SO₂ (διοξείδιο του θείου), CO₂ (διοξείδιο του άνθρακα), CH₄ (μεθάνιο), C₂H₄ (αιθένιο), O₂ (οξυγόνο) και Η₂ (υδρογόνο) σε υγρή κατάσταση. Η κλίμακα στην οποία μπορεί να λειτουργήσει ένα τέτοιο θ. είναι πολύ περιορισμένη επειδή συνήθως είναι πολύ δύσκολη η μέτρηση πολύ υψηλών ή πολύ χαμηλών πιέσεων. θ. ιατρικής χρήσης. Η θερμοκρασία του ανθρώπινου σώματος μετράται με υδραργυρικά θ. που η κλίμακά τους στο εκατονταβάθμιο Κελσίου εκτείνεται από 35° έως 4°· πρόκειται για μεγιστοβάθμια θ. επειδή μια στένωση του τριχοειδούς στο κάτω μέρος της κλίμακας εμποδίζει την επιστροφή της στήλης του υδράργυρου ο οποίος έτσι παραμένει στο επίπεδο της μέγιστης θερμοκρασίας όπου έφτασε κατά την εξέταση. Το σχήμα των θ. για ιατρική χρήση ποικίλλει ανάλογα με τα κριτήρια κατασκευής και την ανατομική περιοχή στην οποία πρόκειται να μετρηθεί η θερμοκρασία. O χρόνος που απαιτείται για τη θερμομέτρηση εξαρτάται από τον τύπο του θ. και από τις συνθήκες με τις οποίες εκτελείται η θερμομέτρηση: στους βλεννογόνους, όπου ο βολβός του θ. βρίσκεται σε υγρό περιβάλλον και σε απευθείας επαφή με την επιφάνεια του σώματος, ο χρόνος είναι μικρότερος απ’ ό,τι στις θερμομετρήσεις που γίνονται στη μασχάλη και στη βουβωνική πτυχή, όπου παραμένει πάντοτε μια μικρή ποσότητα αέρα που επιβραδύνει την άνοδο του υδραργύρου. Σε νοσοκομεία και για ειδικές έρευνες, η θερμοκρασία του σώματος μπορεί να προσδιοριστεί με ηλεκτρικά θ., τα οποία εκτός από την ακρίβεια έχουν το πλεονέκτημα ότι ελέγχουν γρήγορα τις μεταβολές της θερμοκρασίας του χώρου και εκτεταμένων περιοχών του δέρματος. θ. Μπέκμαν διαφορικό. Χρησιμοποιείται για μετρήσεις ακριβείας. Με αυτό τον τύπο θ. μπορούμε να μετρήσουμε εκατοστό βαθμού σε ένα διάστημα 5° ή 6°. Είναι ένα θ. υδραργύρου και έχει στο ανώτερο άκρο του μια επιμήκυνση σε σχήμα U, η οποία λειτουργεί ως δεξαμενή του υδραργύρου. Μπορούμε έτσι να προσθέσουμε και να αφαιρέσουμε το ρευστό για να δοθεί στη θερμομετρική στήλη μια ποσότητα υδράργυρου τόση ώστε να μετρά το κατάλληλο διάστημα θερμοκρασίας. ακροβάθμια θ. θ. μέγιστου και ελάχιστου. Χρησιμοποιούνται σε όλους τους μετεωρολογικούς σταθμούς για τη μέτρηση της μέγιστης και ελάχιστης θερμοκρασίας της ημέρας. Αποτελούνται από ένα δοχείο που συνδέεται με έναν τριχοειδή σωλήνα σχήματος U, ο οποίος καταλήγει στο αντίθετο τμήμα σε μια σφαίρα. Στον σωλήνα σχήματος U υπάρχει υδράργυρος και στη σφαίρα (στον άλλο κλάδο του σωλήνα) αλκοόλη. Κάτω από τη στάθμη του υδράργυρου υπάρχουν δύο μικρές γυάλινες σπείρες, οι οποίες έχουν στο εσωτερικό τους ένα κομμάτι σίδηρο. Όταν μετακινούνται οι στάθμες του υδράργυρου, οι μικρές σπείρες μετακινούνται και αυτές και το κατώτερο άκρο της αριστερής δείχνει την ελάχιστη και το κατώτερο της δεξιάς τη μέγιστη θερμοκρασία. Άλλοι τύποι θ. βασίζονται στο θερμοηλεκτρικό φαινόμενο, ή στη μεταβολή της αντίστασης ενός αγωγού όταν μεταβάλλεται η θερμοκρασία. μεταλλικά θ. Μπορούν να έχουν διάφορα σχήματα. Το πιο κοινό αποτελείται από μια μεταλλική ταινία σε σχήμα σπείρας με σταθερό το ένα άκρο της. Με την αύξηση της θερμοκρασίας και εξαιτίας της επιμήκυνσης της ταινίας η σπείρα τείνει να ανορθωθεί. Έτσι, το άλλο άκρο κινεί, με ένα σύστημα μοχλών, έναν δείκτη που δείχνει τη θερμοκρασία πάνω σε μια βαθμονομημένη πλάκα. Ο τύπος αυτός μπορεί εύκολα να γίνει αυτογραφικός. Αριστερά, θερμόμετρο αλκοόλης μέγιστου και ελάχιστου· φαίνονται οι δύο μικροί χαλύβδινοι κύλινδροι, η θέση των οποίων υποδεικνύει τη μέγιστη και ελάχιστη θερμοκρασία που σημειώθηκε σε ορισμένο χρονικό διάστημα. Δεξιά, μεταλλικό θερμόμετρο. Το αέριο που περιέχεται στο δοχείο Β υποχρεώνεται να καταλάβει τον περιορισμένο χώρο του τμήματος Ρ (δεξιά, λεπτομέρεια σε μεγέθυνση), ο οποίος καθορίζεται από τον τριχοειδή σωλήνα C. Όταν, εξαιτίας της αύξησης της θερμοκρασίας, το αέριο τείνει να διασταλεί, ο όγκος διατηρείται σταθερός, ανυψώνοντας τη δεξαμενή του υδράργυρου S, αυξάνοντας δηλαδή την πίεση που δρα επί του αερίου. H δεξαμενή πρέπει να κατέβει όταν ελαττωθεί η θερμοκρασία. Από τη μεταβολή της πίεσης, που χρειάζεται να ασκηθεί επί του αερίου, ώστε ο όγκος του να παραμένει σταθερός, οι νόμοι των αερίων επιτρέπουν να συμπεράνουμε την ακριβή μεταβολή της θερμοκρασίας.

* * *

το

όργανο με το οποίο μετριέται η θερμοκρασία.

[ΕΤΥΜΟΛ. Αντιδάνεια λ., πρβλ. γαλλ. thermometre < thermo- (πρβλ. θερμ[ο]-*) + -metre (πρβλ. μέτρο[ν]). Η λ. μαρτυρείται από το 1766 στον Ν. Θεοτόκη].