थर्मॉमीटर आणि तापमान मोजण्याच्या साधनांविषयी लेख
१. थर्मॉमीटर
तापमान मोजण्यासाठी बनवलेल्या उपकरणाला थर्मामीटर म्हणतात. थर्मामीटरचे अनेक प्रकार आहेत, परंतु त्यांचे कार्यतत्त्व एकच आहे. सामान्यतः, आपण अशा वस्तू वापरतो ज्यांचा पदार्थ तापमानानुसार बदलतो. जर वस्तूचे तापमान बदलले, तर त्या वस्तूचा आकार आणि रूपदेखील बदलते. बहुतेक थर्मामीटरमध्ये अशा वस्तू वापरल्या जातात ज्या तापमान बदलल्यावर प्रसरण किंवा आकुंचन पावू शकतात. सामान्यतः वापरल्या जाणाऱ्या थर्मामीटरमध्ये काचेच्या नळ्या असतात, ज्यांच्या मध्यभागी अल्कोहोल किंवा पारा असतो. जेव्हा तापमान वाढते, तेव्हा पात्रातील अल्कोहोल किंवा पारा प्रसरण पावतो, ज्यामुळे अल्कोहोल किंवा पाऱ्याच्या स्तंभाची लांबी वाढते. याउलट, जेव्हा तापमान कमी होते, तेव्हा अल्कोहोल किंवा पाऱ्याच्या स्तंभाची लांबी कमी होते. काचेच्या नळीच्या बाहेरील बाजूस अंक असतात, जे थर्मामीटरचे मापक (स्केल) असतात. अल्कोहोल किंवा पाऱ्याच्या स्तंभाच्या वरच्या टोकाजवळ दिसणारा अंक, मोजल्या जाणाऱ्या वस्तूच्या तापमानाचे मूल्य दर्शवतो.
सामान्यतः वापरल्या जाणाऱ्या तापमापकांचे इतर प्रकार म्हणजे बायमेटॅलिक शीट (दोन वेगवेगळ्या प्रकारच्या आणि वेगवेगळ्या प्रसरण गती असलेल्या धातूंचे) वापरणारे तापमापक. जेव्हा तापमान वाढते, तेव्हा एका धातूचे दुसऱ्या धातूपेक्षा जास्त प्रसरण होते. परिणामी, हे तुकडे वाकतात. सामान्यतः, बायमेटॅलिक तुकडा एका सर्पिलाकारात असतो, जिथे तुकड्याचे एक टोक स्थिर राहते, तर दुसरे टोक स्केल इंडिकेटरला जोडलेले असते. जेव्हा तापमान बदलते, तेव्हा काटा फिरतो. बायमेटल शीट वापरणारे तापमापक सामान्यतः हवेचे तापमापक, खोलीचे तापमापक, ओव्हनचे तापमापक इत्यादी म्हणून वापरले जातात. जो तापमापक अधिक अचूक किंवा नेमका असतो, तो अनेकदा वस्तूच्या विद्युत गुणधर्मांचा वापर करतो.
२. थर्मामीटरचे अंशांकन
थर्मामीटरचे अंशांकन म्हणजे थर्मामीटरचे मोजमाप करण्याची प्रक्रिया होय. थर्मामीटरचे अंशांकन करण्यासाठी खालील काही पायऱ्या आहेत. प्रथम, मोजपट्टी नसलेला पाऱ्याचा थर्मामीटर किंवा अल्कोहोल थर्मामीटर तयार ठेवा. दुसरे, बर्फ तयार ठेवा. तिसरे, पाणी तयार ठेवा. चौथे, पाणी उकळण्यासाठी वापरता येईल असा वॉटर हीटर तयार ठेवा. पाचवे, एका भांड्यात बर्फ आणि पाणी घाला (पाणी आणि बर्फाचे वस्तुमान समान असावे). त्यानंतर, पाणी आणि बर्फ असलेल्या भांड्यात थर्मामीटर ठेवा.
सुरुवातीला, थर्मामीटर हवेच्या संपर्कात ठेवा जेणेकरून ते बर्फापेक्षा जास्त गरम होईल. भांड्यात ठेवल्यानंतर, पाऱ्याच्या स्तंभाची लांबी कमी होईल कारण पाणी आणि बर्फाचे मिश्रण अधिक थंड असते. जोपर्यंत पाऱ्याच्या स्तंभाची लांबी बदलत नाही (पाऱ्याचा पृष्ठभाग हलत नाही) तोपर्यंत थांबा. जेव्हा पाऱ्याच्या स्तंभाची लांबी बदलत नाही, तेव्हा बर्फाचे तुकडे आणि पाण्याचे मिश्रण औष्णिक समतोलात असते. पाऱ्याच्या स्तंभाची स्थिती चिन्हांकित करा (पाऱ्याच्या स्तंभाचे वरचे टोक चिन्हांकित करा). हे पाण्याच्या गोठणबिंदूचे किंवा पाण्याच्या उत्कलनबिंदूचे तापमान आहे. सहावे, इलेक्ट्रिक हीटर वापरून पाणी उकळा. गरम पाणी असलेल्या भांड्यात थर्मामीटर घाला. जेव्हा पाणी अधिक गरम होते किंवा पाण्याचे तापमान वाढते, तेव्हा पाऱ्याच्या स्तंभाची लांबी देखील वाढते (पाऱ्याचा पृष्ठभाग वर सरकतो). पाणी उकळल्यानंतर, पाऱ्याचा पृष्ठभाग हलणे थांबते. पाऱ्याच्या स्तंभाचे टोक चिन्हांकित करा. हे पाण्याच्या उत्कलनबिंदूचे किंवा बाष्पबिंदूचे तापमान आहे.
जर तुम्हाला सेल्सिअस स्केल बनवायचा असेल, तर दोन खुणांमधील अंतर १०० रेषांमध्ये विभागले जाते, जिथे प्रत्येक रेषेमधील अंतर समान असले पाहिजे. खालची खूण = ० ° C, तर वरची खूण = १०० ° C. बाजूला दिलेली आकृती पहा. गोठणबिंदू तापमान आणि बाष्पबिंदू तापमान हवेच्या दाबावर अवलंबून असतात. त्यामुळे, वेगवेगळ्या हवेच्या दाबाच्या ठिकाणी कॅलिब्रेट केलेले थर्मामीटर वेगवेगळे परिणाम देईल. सामान्यतः वापरले जाणारे पाऱ्याचे थर्मामीटर एका वातावरणीय दाबावर कॅलिब्रेट केलेले असतात, जेणेकरून पाण्याचा गोठणबिंदू ० ° C आणि उत्कलनबिंदू १०० ° C असतो. पाऱ्याचे थर्मामीटर किंवा अल्कोहोल थर्मामीटर यांसारख्या सामान्य थर्मामीटरची कार्यक्षमता सहसा मर्यादित असते. या थर्मामीटरचा वापर खूप कमी तापमान (० ° C पेक्षा कमी) किंवा खूप जास्त तापमान (१०० ° C पेक्षा जास्त ) मोजण्यासाठी केला जाऊ शकत नाही.
३. तापमान मोजमाप
तापमान मोजण्यासाठी थर्मामीटर वापरण्याकरिता, तापमान मोजपट्टी निश्चित करणे आवश्यक असते. सेल्सियस मोजपट्टी आणि फॅरेनहाइट मोजपट्टी या दोन तापमान मोजपट्ट्या अनेकदा वापरल्या जातात. सेल्सियस मोजपट्टीचे दुसरे नाव सेंटिग्रेड मोजपट्टी आहे. सेंटिग्रेड = शंभर टप्पे. विज्ञान क्षेत्रात अत्यंत महत्त्वाची असलेली तापमान मोजपट्टी म्हणजे निरपेक्ष मोजपट्टी किंवा केल्विन मोजपट्टी. केल्विन मोजपट्टीबद्दल नंतर चर्चा केली जाईल. सेल्सियस मोजपट्टी आणि फॅरेनहाइट मोजपट्टीचे स्थिर बिंदू पाण्याचा गोठणबिंदू आणि उत्कलनबिंदू वापरतात. पदार्थाचा गोठणबिंदू म्हणजे असे तापमान, ज्यावर त्याचे घन आणि द्रव रूप औष्णिक समतोलात असतात. याउलट, पदार्थाचा उत्कलनबिंदू म्हणजे असे तापमान, ज्यावर त्याचे द्रव आणि वायू रूप औष्णिक समतोलात असतात. गोठणबिंदू आणि उत्कलनबिंदू हवेच्या दाबानुसार सतत बदलत असतात, त्यामुळे प्रथम हवेचा दाब निश्चित करणे आवश्यक असते. सामान्यतः, आपण मानक दाब वापरतो, जो १ atm (एक ॲटमॉस्फियर) असतो. ॲटमॉस्फियर हे हवेच्या दाबाचे एक एकक आहे.
३.१ सेल्सिअस स्केल
सेल्सियस स्केलच्या वरील स्थिर बिंदूसाठी शुद्ध पाण्याच्या उत्कलन बिंदूचा वापर केला जातो, तर सेल्सियस स्केलच्या खालील स्थिर बिंदूसाठी शुद्ध पाण्याच्या गोठण बिंदूचा वापर केला जातो. शुद्ध पाण्याचे गोठण तापमान (ज्याला बर्फ बिंदू असेही म्हणतात) शून्य अंश सेल्सियस (0°C) असते. oआणि शुद्ध पाण्याच्या उत्कलन बिंदूचे तापमान (ज्याला बाष्प बिंदू असेही म्हणतात) शंभर अंश सेल्सिअस (100°C) असते. oC). बर्फ आणि बाष्प बिंदूंच्या दरम्यान १०० अंश तापमान असते. सेल्सिअस मापन प्रणाली वापरणाऱ्या तापमापकांमध्ये, बर्फबिंदूच्या तापमानापेक्षा कमी असलेले तापमान सामान्यतः ऋण संख्येने दर्शवले जाते.
३.२ फॅरेनहाइट स्केल
फॅरनहाइटला तापमान मोजण्याची पद्धत धन असावी असे वाटते. म्हणून, त्याने बर्फ आणि मिठाच्या पाण्याच्या मिश्रणाचे तापमान ० ° फॅरनहाइट निवडले (जे पाण्याचे सर्वात थंड तापमान आहे). बर्फबिंदू आणि बाष्पबिंदूचे तापमान मोजताना, फॅरनहाइट पद्धतीवर दर्शवलेले अंक अपूर्णांक असतात. अखेरीस, त्याने पद्धतीत पुन्हा बदल केला, जेणेकरून बर्फबिंदू आणि बाष्पबिंदूचे तापमान पूर्णांक झाले.
फॅरनहाइट मापन पद्धतीनुसार, शुद्ध पाण्याचे गोठणबिंदू (बर्फाचा बिंदू) ३२ अंश फॅरनहाइट आहे. oआणि शुद्ध पाण्याचा उत्कलन बिंदू (बाष्प बिंदू) २१२ अंश फॅरेनहाइट आहे (२१२ oबर्फ आणि बाष्प बिंदूंमध्ये १८० अंशांचे अंतर असते. शुद्ध पाणी म्हणजे असे पाणी जे इतर पदार्थांमध्ये मिसळलेले नसते. शुद्ध एच2जेव्हा आपण एखाद्या विशिष्ट तापमानाबद्दल बोलतो, तेव्हा आपण त्याला सेल्सिअस म्हणतो.oC) किंवा फॅरेनहाइट (oफॅ). उदाहरण: गरम पाण्याचे तापमान = 100 oसी किंवा ५० oफॅ. माझ्या शरीराचे तापमान = ९८ oयाउलट, जर आपण तापमानातील बदल किंवा तापमानातील फरकाबद्दल बोलत असू, तर त्याला आपण सेल्सिअस अंश (C) म्हणतो.o) किंवा फॅरेनहाइट अंश (Foउदाहरण: पाण्याचे सुरुवातीचे तापमान २० आहे oC. एकदा गरम झाल्यावर, तापमान ५० पर्यंत बदलते. oC. अशाप्रकारे, पाण्याच्या तापमानात 30 अंश सेल्सिअस (30 C) चा बदल होतो.o).
