الحرارة

جامعة بابل - كلية التربية الاساسية – قسم العلوم – محاضرات الحرارة - للمرحلة الثانية
للعام الدراسي 2017- 2018 م . م سفير عبد الكريم عبد الرحيم الساعاتي
المحاضرة الثانية
اخذنا في المحاضرة السابقة بعض انواع المحارير, الن سنتكلم بشئ من التفصيل عن بعض من هذه الانواع :-
1_ المحرار الزئبقي :
يتركب هذا المحرار من مستودع زجاجي ( خزان ) دقيق الجدران مملوء بالزئبق ويتصل بانبوب شعري دقيق ومنتظم المقطع و مقفل من طرفه العلوي .
عندما ترتفع درجة الحرارة يتمدد الزئبق في المستودع فيرتفع عمود الزئبق في الانبوب الشعري , للمعايرة يوضع المحرار في نقطة على الجليد ثم نقطة اخرى في بخار الماء و يحدد ارتفاع طول عمود الزئبق في الانوب الشعري في كلا النقطتين ثم تقسم المسافة بينهما الى ( 100 ) جزء يعادل كل منهما درجة مئوية واحدة . ومما يجدر الاشارة اليه ان حركة عمود الزئبق في المحرار هي نتيجة للتمدد الظاهري للزئبق وهو الفرق بين التمدد الحقيقي له وتمدد الزجاج , حيث يعتبر طول عمود الزئبق هي الخاصية الفيزيائية المستخدمة في هذا المحرار . الشكل ادناه يوضح المحرار الزئبقي :

يستخدم الزئبق كمادة محرارية في المحارير الاعتيادية السائلة لما يتميز به على باقي السوائل الاخرى حيث يمتاز بما يلي :
حرارته النوعية واطئة , لذلك يمتص كمية قليلة جدا من الحرارة من الجسم المراد قياس درجة حرارته وعليه لايؤثر على درجة حرارة الجسم او الوسط.
انه موصل جيد للحرارة , وعليه يصل الى درجة حرارة الجسم المراد قياس حرارته بسرعة .
انه سائل معتم يسهل رؤيته في الانابيب الزجاجية الشعرية وعليه يساعد على زيادة حساسية المحرار.
لا يبلل جدران الانابيب الزجاجية وهذه نقطة مهمة في بناء المحرار .
له معامل منتظم لمدى واسع من درجات الحرارة.
يبقى في الحالة السائلة لمدى واسع من درجات الحرارة , ينحصر ما بين نقطة الانجماد (C^039-) الى نقطة الغليان (C^0 357).
له معامل تمدد حجمي كبير (C^0 0,00181 ) يسهل معه قياس التغير في حجمه عند ارتفاع درجة الحرارة .
2_ محرار المزدوج الحراري :
يتكون محرار المزدوج الحراري من سلكين مصنوعين من مادتين مختلفتين كالنحاس و الكونستان يتصل السلكان اتصالا جيدا في نهايتيهما كما في الشكل :


شكل يوضح محرار المزدوج الحراري
ان اساس عمل هذا المحرار يعتمد على توليد القوة الدافعة الكهربائية نتيجة لاختلاف درجتي حرارة النهايتين المتصلتين . قيمة القوة الدافعة الكهربائية المتولدة تعتمد على عدة عوامل منها :
مقدار الفرق بين درجتي حرارة نهايتي المزدوج الحراري .
نوع المواد المصنوع منها المزدوج الحراري .
يتم تدريج محرار المزدوج الحراري بوضع احدى نقطتي الاتصال في خليط الجليد و الماء وتبقى ثابتة ثم تغير درجة حرارة النقطة الثانية وتقرا قيمة القوة الدافعة الكهربائية المتولدة عند كل درجة حرارة بواسطة الفولتميتر . ان العلاقة بين القوة الدافعة الكهربائية المتولدة ودرجة الحرارة علاقة غير خطية , برسم قيم القوة الدافعة الكهربائية ضد درجة الحرارة يمكن الحصول على منحني تدريج محرار المزدوج الحراري .
مميزات محرار المزدوج الحراري :
سرعة وصولة الى حالة التوازن الحراري مع الجسم المراد قياس درجة حرارته بسبب انخفاض سعته الحرارية .
المدى الواسع لدرجات الحرارة التي يمكن قياسها .
صغر حجمه ودقته العالية نسبيا .
يستخدم كثيرا في الصناعة وفي المجالات التي تتطلب تحديد موضع ما لدرجة حرارته تعاني تغيرا سريعا في درجة الحرارة .
عيوب محرار المزدوج الحراري :
ليس مضبوطا لمدى واسع من درجات الحرارة , حيث انه اقل دقة من المحارير الغازية و البلاتينية , يمكن الاستفادة منه في المديات التي تقل فيه حساسية هذه المحارير .
لا يمكن استخدامه الا في مديات محددة , تغيير المحرار مع تغي المديات .
يجب معايرة كل مجهاد ( فولتميتر ) على انفراد لمختلف المزدوجات الحرارية .
درجة حرارة الاتزان لاي مزدوج حراري تحدد مداه في قياس درجة الحرارة.
3_ محرار المقاومة الكهربائية :
يتكون محرار المقاومة الكهربائية من سلك من البلاتين ملفوف بصورة مزدوجة حول مادة عازلة كهربائيا , يوضع في انبوب مصنع من مادة جيدة التوصيل الحراري كالفضة او النحاس للمحافضة عليه من التاثيرات الخارجية . اما محرار المقاومة الكهربائية المستخدم لاغراض العرض المختبري فيتكون من سلك من النحاس ملفوف حول مادة عازلة من المايكا موضوع داخل انبوب اختبار مملؤة بمادة الزيت . تستخدم مقاومة السلك الكهربائية كخاصية محرارية يتم قياسها و الاستدلال بها على درجة الحرارة . وجد ان العلاقة بين المقاومة الكهربائية للسلك المعدني و درجة الحرارة علاقة غير خطية في مدى درجات الحرارة المختلفة, لاجل قياس قيمة المقاومة يربط طرفا السلك الى قنطرة وتستون اذ تربط الدائرة الكهربائية كما في الشكل ادناه :

شكل يوضح محرار المقاومة الكهربائية
مميزات محرار المقاومة الكهربائية :
يستخدم لمديات واسعة من درجات الحرارة .
دقيق جدا , يفيد في التغيرات البطيئة لدرجات الحرارة .
لا يكون كفوء في قياس التغيرات في درجات الحرارة السريع , وذلك لحاجته الى وقت للوصول الى حالة الاتزان الحراري بسبب سعته الحرارية العالية .
يستخدم هذا النوع من المحارير في قياس درجات الحرارة الواطئة .


4_ المحرار الغازي ذو الحجم الثابت :
يتكون المحرار الغازي ذو الحجم الثابت من وعاء زجاجي او معدني يسمى احيانا ( البصلة ) يتصل بأنبوبة زجاجية يمكن ان تكون انبوبة شعرية الى المانومتر , تحتوي البصلة على غاز او هواء ,توضع في وعاء زجاجي يمثل الوسط المراد قياس درجة حرارته كما في الشكل الاتي :


شكل يوضح نموذج للمحرار الغازي ذو الحجم الثابت
يتم استخدام هذا المحرار عن طريق جعل مستوى الزئبق في جهتي المانومتر متساوية , يتم تاشير النقطتين في حالة تساوي الضغط بين الغاز المحصور في البصلة و الضغط الجوي , نقوم بغمر البصلة في الوسط المراد قياس درجة حرارته. فاذا كان المحيط ساخنا ادى الى تمدد الغاز المحصور بالبصلة الذي سيقوم بدفع الزئبق مؤديا الى ارتفاع مستواه في الانبوبة والعكس صحيح فعندما يكون الوسط المراد قياس درجة حرارته بارد يتقلص الغاز الموجود في البصلة مما يؤدي الى نزول الزئبق في الانبوبة المدرجة , بعد حصول حالة التوازن الحراري يرفع او يخفض مستوى الزئبق في جهه الانبوبة الى النقطة المؤشرة قبل الغمر . ان الضغط المسلط على الغاز في هذه الحالة سيكون مساويا للضغط الجوي زائد ضغط عمود الزئبق .

مميزاته :
معامل تمدد الغازات كبير جدا بالمقارنة مع السوائل لذلك فان المحارير الغازية تكون حساسة ودقيقة .
معامل ومعدل التمدد ثابت لكل الغازات اذا كانت تحت نفس الظروف .
معامل التمدد للمادة المصنوع منها بصلة المحرار الغازي مهملة بالمقارنة مع معامل تمدد الغاز .
الغازات تتمدد بثبات وانتظام على مدى واسع من درجات الحرارة .
السعة الحرارية للغاز واطئة جدا بالمقارنة مع السوائل , لذلك يمكن بواسطة المحرار الغازي تسجيل ادق القراءات في درجات الحرارة وكذلك ادق التغيرات في درجات الحرارة حتى وان كانت صغيرة .
يمكن استخدام المحارير الغازية لمدى واسع جدا من الدرجات.
من عيوبه :
ضخامته وثقله وصعوبة نقله مما يحدد استخدامه في موقع واحد فقط .
لا يصلح لقياس مادة ما حجمها اصغر من البصلة .