بهترین روش ساخت دماسنج ساده چیست؟

ستاره | سرویس علوم – دماسنج‌ها اطلاعات ارزشمندی را در اختیار ما قرار می‌دهند، مثلاً وقتی که به تعطیلات می‌رویم باید کدامیک را همراه داشته باشیم، لباس شنا یا پانچو. دو نوع مقیاس دمای شناخته شده در سطح جهان وجود دارند: فارنهایت و سلسیوس. اکثریت جمعیت ایالات متحده آمریکا از مقیاس فارنهایت استفاده می‌کنند، و این در حالی است که دانشمندان و مردم دیگر کشور‌ها استفاده از مقیاس سلسیوس را ترجیح می‌دهند. عدد‌های یکسان این دو مقیاس مختلف بر دما‌های بسیار گوناگونی دلالت دارند، برای مثال، دمای یک اتاق با هوای معتدل، ۲۲ درجه سلسیوس است؛ اما اگر دمای هوای اتاقی ۲۲ درجه فارنهایت باشد، بدانید که دما به نقطه انجماد کاهش یافته و انگشتان شما به سرعت در آن دما یخ خواهند زد.

 

 

مقیاس‌های اندازه گیری دما ابزار‌های مطلوب و سرگرم کننده‌ای هستند، اما بررسی روش اندازه گیری تغییرات دمایی لذت بخشتر خواهد بود. قسمت اصلی هر دماسنجی، مایع داخل آن است. این مایع با حرکت خود به سمت بالا و پایین، عدد‌های متفاوتی را نمایش می‌دهد. اما چه عاملی باعث حرکت مایع به صورت عمودی می‌شود؟ دانشمندان از چه روشی برای انتخاب جنس این مایع استفاده کرده اند؟

در این مقاله روش ساخت دماسنج را به شما یاد خواهیم داد. شما همچنین از طریق ساخت سه دماسنج متفاوت، که در هر کدام از مایع مختلفی استفاده شده است، فرا خواهید گرفت که چه مایعی دارای بهترین کارکرد در دماسنج است.

 

صورت مسئله

مواد لازم

• یخچال
• دست کم سه عدد بطری شیشه‌ای یا شیشه دهن گشاد کوچک و هم اندازه. توجه کنید که بطری یا شیشه‌ها باید دارای سرپوشی فلزی باشند. (شیشه‌های دهن گشاد غذای کودک برای این منظور عالی هستند).
• فرد بزرگسال یاری دهنده
• میخ کوچک
• چکش
• نی نوشیدن مایعات (هرچه نی باریکتر باشد، بهتر است. همزن‌های کوچک و توخالی نوشیدنی‌ها گزینه بسیار مناسبی هستند. نی‌های شفاف بهتر اند، چون اجازه دیدن مایع درون آن را به شما می‌دهند)
• نوار ماسک
• نشانگر ضد آب
• خاک رس
• الکل
• رنگ غذا
• قاشق

 

 

مواد اختیاری

• آب گرم (باید فقط اندکی از آب ولرم استحمام گرمتر باشد)
• جام مقاوم در برابر گرما یا فنجان بزرگ

 

روند کار

1. ظرف الکل و آب را در یخچال بگذارید تا خنک شوند.
2. هر سه شیشه دهن گشاد خود را با استفاده از نوار ماسک و نشانگر ضد آب علامت گذاری کنید. باید کلمه “آب” را روی بطری اول بنویسید، بطری دوم را با کلمه “الکل” علامت گذاری کنید و در نهایت عبارت “آب + الکل” را روی سومین بطری حک کنید. در این آزمایش، جنس مایع دماسنج به انتخاب شخص شما بستگی دارد. نباید فکر کنید که ما می‌خواهیم تمام ویژگی‌های دماسنج شما بنا به انتخاب ما و یکسان باشد.
3. سرپوش هریک از شیشه‌های دهن گشاد را بردارید.
4. یک میخ کوچک را برداشته و به وسیله چکش بزرگسالان خود آن را به مرکز هریک از سرپوش‌ها بکوبید. توجه کنید که سوراخ‌های ایجاد شده باید قطری تقریباً یکسان با قطر نی‌های شما داشته باشند.
5. به دقت یک نی را از میان هریک از سوراخ‌ها عبور دهید. نی‌ها باید به راحتی از سوراخ‌ها بگذرند و فشاری به آن‌ها وارد نشود. دقت کنید که باید دست کم یک اینچ از نی در قسمت پایینی سرپوش قرار بگیرد. البته این میزان مطابق اندازه بطری متغیر است، پس آن را با دقت تنظیم کنید.
6. از خاک رس برای چسباندن کامل پایه نی به سرپوش استفاده کنید، چون اگر هوا از سوراخ اطراف نی عبور کند، دماسنج عمل نخواهد کرد! به نظر شما دلیل آن چیست؟
7. ظرف دارای برچسب “آب” را با آب خنک پر کنید.
8. دو قطره رنگ غذا اضافه کنید و ظرف را چند مرتبه تکان دهید.
9. سرپوش را طوری تنظیم کنید که حدأقل ۲/۱ اینچ قسمت پایینی نی در مایع قرار گیرد. توجه کنید که نباید قسمت پایینی نی با سطح زیرین بطری تماس پیدا کند.
10. سرپوش را محکم پیچ دهید و مطمئن شوید که سوراخ موجود در سرپوش هنوز هم با خاک رس محکم بسته شده است. ما می‌خواهیم اطمینان به دست آوریم که هیچ هوایی وارد ظرف شیشه‌ای نمی‌شود.
11. ارتفاع مایع داخل نی را اندازه گیری کنید و سپس دماسنج را دوباره در یخچال قرار دهید.
12. مراحل ۶ تا ۱۱ را عیناً تکرار کنید، اما این بار به جای آب از الکل خنک استفاده کنید.
13. مکان خط مایع را بر روی نی ثبت کنید و سپس دماسنج را دوباره در یخچال قرار دهید.
14. آب و الکل خنک را با هم مخلوط کنید (باید مقدار آب و الکل یکسان باشد). دقت کنید که مقدار واقعی به اندازه بطری شما بستگی دارد.
15. مراحل ۶ تا ۱۱ را عیناً تکرار کنید، اما این بار از مخلوط آب و الکل برای ساخت دماسنج سوم استفاده کنید.
16. مکان مایع را بر روی نی مشخص کنید و این دماسنج را نیز دوباره در یخچال بگذارید.
17. اکنون دماسنج خود را در مکانی گرم قرار دهید. هر یک دقیقه سطح مایع را در هریک از نی‌ها تماشا کنید (این عمل را تا ۱۰ دقیقه انجام دهید). اگر هیچ تغییری را مشاهده نکردید، مجدداً سوراخ‌های دماسنج خود را بررسی کنید.

تذکر: اگر هنوز حرکت مایع را مشاهده نمی‌کنید، پس باید دماسنج خود را ظرف آب گرم قرار دهید و به این ترتیب تغییر دمای بیشتری را ایجاد کنید.

 

نتایج آزمایش

باید حرکت مایع در دماسنجی که با الکل ساخته اید، از انواع دیگر دماسنج‌ها سریعتر و قابل توجه‌تر باشد. دماسنج ساخته شده از آب آهسته‌ترین و غیر قابل توجه‌ترین حرکت مایع را داراست؛ و حرکت مایع در دماسنج ساخته شده از مخلوط آب و الکل از سرعتی در میان این دو برخوردار است. ممکن است نتایج شما متفاوت باشد، چون مهر و موم کردن سرپوش به گونه‌ای که کاملاً از ورود هوا جلوگیری کند، آسان نیست!

 

روش عمل دماسنج

در قسمت پایانی این مقاله روش عمل دماسنج را بررسی می‌کنیم: همانطور که محیط پیرامونی دماسنج گرمتر می‌شود، مایع درون آن نیز منبسط شده و به نقاط بالاتر لوله (نی) منتقل می‌شود؛ و برعکس، وقتی که محیط پیرامونی دماسنج خنک تر می‌شود، مایع درون آن منقبض شده و به نقاط پایینی آن انتقال می‌یابد. هنگامی که مایع منبسط می‌شود به نی فشار وارد می‌کند، چون تنها مکانی است که می‌تواند به آن وارد شود. مایع نمی‌تواند هوا را از ظرف خارج سازد، چون آن را محکم مهر و موم کرده ایم!

اما پرسش این است که چرا الکل بهتر عمل می‌کند؟ آب از سرعت انبساط و انقباض بسیار کمتری نسبت به الکل برخوردار است. آب می‌تواند انرژی فراوانی را جذب یا از دست بدهد و تغییر قابل توجهی هم در آن به وجود نیاید (و این یکی از دلایلی است که آن را به یک مکان زندگی عالی برای موجودات زنده تبدیل می‌کند، اما همین نیز دلیل مناسب نبودن آن برای استفاده در دماسنج است).

ممکن است شما مایع‌های دیگری از قبیل: روغن یا صابون مایع را نیز آزمایش کنید. اگر قصد انجام چنین آزمایشی را دارید، احتمالاً کشف خواهید کرد که چرا در گذشته از مایع جیوه برای ساخت دماسنج‌ها بهره می‌گرفتند، ولی در حال حاضر از جیوه در این ابزار استفاده نمی‌کنند.