Βαθμονόμηση θερμομέτρου

Ορισμός της μέτρησης

Μέτρηση ενός φυσικού  μεγέθους είναι η σύγκριση  με ένα άλλο ομοειδές που  λαμβάνεται (αυθαίρετα) σαν μονάδα.Τι θα συμβεί όμως αν ένα μέγεθος είναι πολύ δύσκολο να συγκριθεί  επειδή δεν μπορούμε να το ορίσουμε επαρκώς μακροσκοπικά?Τότε θα ψάξουμε να βρούμε τι αποτελέσματα έχει και αν μπορούμε να βγάλουμε συμπεράσματα από αυτά. Ένα από τα μεγέθη που είναι δύσκολο να κατανοηθεί και να μετρηθεί άμεσα είναι η θερμοκρασία **Σε μεγαλύτερη τάξη του Λυκείου θα έχουμε τον ακριβή ορισμό της θερμοκρασίας μικροσκοπικά**

Πως μετράμε την θερμοκρασία

Για να μετρήσουμε την θερμοκρασία εξετάζουμε τα αποτελέσματά της.Ένα από αυτά είναι και το γεγονός πως ένα σώμα αλλάξει θερμοκρασία τότε αλλάζουν  και οι διαστάσεις του. Είναι τα γνωστά φαινόμενα διαστολη-συστολή.Η αλλαγή είναι είτε γραμμικά  αν πρόκειται για σώματα μιας διάστασης (σύρμα) είναι επιφανειακά αν προκειται για σώματα δυο διαστάσεων ( φύλλο λαμαρίνας) είτε κυβικά αν πρόκειται  για σώματα τριών διαστάσεων ( σφαίρα).Πρέπει να σημειώσουμε πως όλα τα σώματα είναι τριών διαστάσεων απλά όταν λέμε γραμμικά εννοούμε πως έχει μία μεγάλη διάσταση ( μήκος) και οι άλλες είναι αμελητέες και όταν λέμε επιφανειακά  έχει δυο διαστάσεις μεγάλες ( μήκος, πλάτος) και το ύψος αμελητέο.Η μέτρηση και άρα η βαθμονόμηση θα βασιστεί λοιπόν στο  φαινόμενο  της διαστολής-συστολής .   Για την βαθμονόμηση θα  χρειαστούμε:                        

1)Ένα αβαθμονόμητο θερμόμετρο

     2)Ένα δοχείο πυρίμαχο                                                                         
3)Παγάκια
4)Λευκή χάρτινη  ή πλαστική ταινία 
5)Χάρακα
6)Μαρκαδοράκι
7)Νερό απιονισμένο(αποφεύγουμε το νερό βρύσης επειδή έχει άλατα και αλλοιώνονται τα σημεία τήξεως-βρασμού)
8)Εστία θερμότητας( ηλεκτρικό μάτι)(Θα συνιστούσα να αποφύγουμε το "γκαζάκι" για αποφυγή  ατυχήματος.Αν δεν έχουμε αβαθμονόμητο όργανο μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε ένα από τα γνωστά θερμόμετρα  κατά προτίμηση θερμόμετρα οινοπνεύματος  αρκεί να σκεπάσουμε τη κλίμακα του κατασκευαστή με ταινία ώστε να μπορούμε να γράψουμε πάνω της χωρίς  να βλέπουμε  τις υπάρχουσες  ενδείξεις.  Αποφεύγουμε τα υδραργυρικά για τους εξής κυρίως λογους: 
i)Επειδή αν σπάσει τότε ο υδράργυρος γίνεται σφαιρίδια και είναι δύσκολο να τα βρούμε αλλά  τα εναπομείναντα είναι άκρως επικίνδυνα για το περιβάλλον  και για την υγεία μας.
ii) Επειδή είναι πολύ καλός αγωγός θερμότητας ως μέταλλο και κινείται πολύ  γρήγορα με αποτέλεσμα να μην προλαβαίνουμε να δούμε τη στάθμη του αν αλλάζει η θερμοκρασία. 
iii) Λόγω μεγάλων δυνάμεων συνοχής των μορίων του καμπυλώνεται η ελεύθερη στάθμη του  οπότε μεγαλώνει το σφάλμα παρατήρησης.

Εκτέλεση πειράματος

Στο πυρίμαχο υλικό βάζουμε νερό και παγάκια  και βυθίζουμε το αβαθμονόμητο θερμόμετρο. Κάποια στιγμή η  στάθμη του οινοπνεύματος σταθεροποιείται σε ένα σημείο Α (Το σημείο Α φαίνεται στην εικόνα). Εκεί βάζουμε την ένδειξη  0 ^oC.Στη συνέχεια  τοποθετούμε το πυρίμαχο δοχείο με τα παγάκια και το αβαθμονόμητο θερμόμετρο πάνω στο ηλεκτρικό μάτι και το ανάβουμε. Παρατηρείστε τι γίνεται στην στάθμη οινοπνεύματος όσο το δοχείο έχει ακόμα παγάκια. Όταν το νερό αρχίζει και ζεσταίνεται η στάθμη του οργάνου ανεβαίνει. Μετά από λίγο χρόνο το νερό βγάζει υδρατμούς και έχει φυσαλίδες σε όλη τη μάζα του.
 Παρατηρούμε πως η στάθμη του οργάνου σταθεροποιείται  σε ένα σημείο Β παρα το γεγονός ότι το  ηλεκτρικό μάτι συνεχίζει να ζεσταίνει το δοχείο.(Το σημείο Β φαίνεται στην εικόνα) .Στο σημείο αυτό θα τοποθετήσουμε την ένδειξη 100 ^oC. Με τη βοήθεια του χάρακα  χωρίζουμε τη απόσταση ΑΒ σε 100 γραμμές. Κάθε γραμμή αποτελεί ένα βαθμό ^oC. Οι αριθμοί 0 και 100 τοποθετούνται αυθαίρετα αλλά έτσι θα συμβαδίζουμε με την κλίμακα Κελσίου.Το θερμόμετρό μας είναι έτοιμο. Έχει βαθμονομηθεί οπότε το συγκρίνουμε με ένα ήδη  έτοιμο και βλέπουμε τις ομοιότητες και διαφορές με τον κατασκευαστή.

Ερωτήσεις. 

1)Τι θα συμβεί αν αντί για απιονισμένο νερό χρησιμοποιήσουμε νερό από την βρύση μας??Εξηγείστε την όποια απάντησή σας.
................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

2)Όσο το  δοχείο το ζεσταίνουμε αλλά υπάρχουν ακόμα παγάκια μέσα στο νερό  η στάθμη του οινοπνεύματος τι κάνει? 
α)Παραμένει σταθερή 
β)Ανεβαίνει
γ)Κατεβαίνει
δ)Τίποτα από τα παραπάνω. 
Εξηγείστε σύμφωνα με τις έως τώρα γνώσεις σας 
................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

3)Όσο το  δοχείο το ζεσταίνουμε και φεύγουν υδρατμοί αλλά υπάρχει ακόμα νερό η στάθμη του οινοπνεύματος στο όργανο τι από τα παρακάτω κάνει?:
α)Παραμένει σταθερή
β)Ανεβαίνει 
γ)Κατεβαίνει

δ)Τίποτα από τα παραπάνω.
 Εξηγείστε σύμφωνα με τις έως τώρα γνώσεις σας
................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

4)Πως εξηγείτε τον χωρισμό  της απόστασης ΑΒ μεταξύ των σημείων Α και Β  σε ίσα διαστήματα? Η απάντηση να βασίζεται στις έως τώρα γνωσεις 
................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

  5)Συγκρίνουμε το θερμόμετρο που βαθμονομήσαμε με ένα έτοιμο.Που νομίζετε πως οφείλονται οι τυχόν διαφορές στις ενδείξεις τους?
 .............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
 6) Ένας συμμαθητής σας από δικό του λάθος έβαλε .Στο Α το 0 και στο Β το 80. Τελικά τι πιστεύετε? Μπορεί να μετρήσει την θερμοκρασία? Αν ναι τότε τί πρέπει να κάνει για να μπορεί να μετρήσει βαθμούς Κελσίου?
................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

Προσοχή:Δεν πιάνουμε ποτέ το θερμόμετρο που θα βαθμονομήσουμε με τα χέρια μας και από φόβο ατυχήματος (ειδικά στις υψηλες θερμοκρασίες) αλλά και γιατί θα αλλοιωθούν οι ενδείξεις αφού τα χέρια μας θα έχουν άλλη θερμοκρασία από αυτή του οργάνου. Έτσι χρησιμοποιούμε στατώ (ορθοστάτη) και το θερμόμετρο να κρέμεται με κλωστή ώστε να ακουμπάει μέσα στο περιεχόμενο του πυρίμαχου δοχείου (όχι στον πυθμένα του).Φροντίζουμε οι γραμμές με τις οποίες χωρίζουμε την λευκή ταινία να είναι ίσου μήκους και κυρίως κάθετες στον άξονα του θερμομέτρου.

Αυτό το ξέρατε? ( Εγκυκλοπαιδικές γνώσεις)

Υπάρχουν και άλλες κλίμακες μέτρησης θερμοκρασίας:

Α) Η κλίμακα Ρεωμύρου (Réaumur) είναι θερμομετρική κλίμακα, την οποία επινόησε ο Γάλλος Ρενέ Αντουάν Φερσό Ρεομίρ  Στην πραγματικότητα έβαλε το ο στην συνύπαρξη νερού-πάγου και το 80°R στον βρασμό. Οπότε οι δυο κλίμακες έχουν κοινή αρχή Η σχέση που συνδέει τις δυο κλίμακες και άρα η μετατροπή από την μια στην άλλη είναι  C/5 = R/4

Β) Η κλίμακα Φαρενάιτ Εδώ η θερμοκρασία τήξεως του πάγου αντιστοιχεί στους 32°F, η δε θερμοκρασία βρασμού στους 212°F. Το ενδιάμεσο αυτών διάστημα υποδιαιρείται σε 180 ίσα μέρη που καλούνται “βαθμοί Φαρενάιτ”. Η σχέση που συνδέει τις δυο κλίμακες και άρα η μετατροπή από την μια στην άλλη είναι  C = (F – 32)100/180 ή C = (F – 32)/1,8 .

Γ)Υπάρχει και η κλίμακα Κέλβιν. Εδώ ένας βαθμός Κέλβιν=1 βαθμό Κελσίου αλλά έχουν διαφορετικό σημείο στο 0 .Το  μηδέν (0) του Κέλβιν  είναι ίσο με -273°C. Ο Κέλβιν δεν έφτιαξε θερμόμετρο. Η θερμοκρασία -273°C  υπολογίστηκε θεωρητικά .Είναι η θερμοκρασία όπου όλες οι δομικές μονάδες του σώματος είναι ακίνητες . Με τα σημερινά μέσα είναι αδύνατον να την πετύχουμε Η σχέση ανάμεσα στις δυο κλίμακες είναι T=273+°C (Παράδειγμα: Αν έχουμε 27°C  τότε στη κλιμακα Κέλβιν είναι: T=273+27=300  βαθμούς Κέλβιν)
Δ)Η θερμότητα και η θερμοκρασία είναι διαφορετικά μεγέθη. Η μεν θερμότητα είναι μορφή ενέργειας η δε θερμοκρασία είναι ιδιότητα και φυσικό μέγεθος.
Ε)Η αίσθηση του "ζεστού και κρύου" είναι σχετική. Αν παράδειγμα έχουμε τρία δοχεία με νερό Α κρύο, Β χλιαρό και Γ ζεστό και κάνουμε το εξής πείραμα: Βάλουμε το χέρι μας στο κρύο και μετά στο χλιαρό τότε θα έχουμε την αίσθηση ότι το χλιαρό είναι ζεστό ενώ αν βάλουμε το χέρι μας στο ζεστό και μετά στο χλιαρό  τότε το χλιαρό θα μας φανεί κρύο. 
ΣΤ) Έχουμε και θερμοκρασίες πιο κάτω από το μηδέν (είναι οι αρνητικές) καθώς επίσης και πολυ πιο πάνω από 100