تشرح هذه المقالة ما هي البيرومترات وفيما يتم استخدامها. لذلك، سوف تكتشف كيفية عمل البيرومتر، وما هي الأنواع المختلفة للبيرومترات، ومزايا وعيوب البيرومترات.
ما هو البيرومتر؟
البيرومتر هو جهاز يسمح لك بقياس درجة حرارة الجسم دون الحاجة إلى ملامسته. بمعنى آخر، البيرومتر هو مقياس حرارة يقيس درجة الحرارة عن بعد.
على سبيل المثال، يمكن للبيرومتر قياس درجة حرارة المعادن الساخنة للغاية (+600 درجة مئوية). من الواضح أنه سيكون من المستحيل تحديد قيم درجة الحرارة هذه عن طريق الاتصال بالمعدن. أدناه سنرى المزيد من التطبيقات لهذا النوع من أدوات القياس.
ويعتمد عمل البيرومتر على قياس الإشعاع المنبعث من الجسم، والذي يمكن من خلاله حساب درجة حرارة الجسم.
ولذلك فإن الفرق بين البيرومتر ومقياس الحرارة يكمن في طريقة قياس درجة الحرارة. يمكن للبيرومتر قياس درجة حرارة الجسم من مسافة بعيدة، بينما يجب أن يكون لمقياس الحرارة اتصال جسدي بالجسم. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للبيرومترات قياس نطاقات درجات حرارة أوسع بكثير من موازين الحرارة.
على الرغم من أن مخزون البيرومتر غير معروف، إلا أن اختراعه يُنسب إلى الهولندي بيتر فان موشنبروك والإنجليزي يوشيا ويدجوود، اللذين طورا بشكل مستقل أجهزة مشابهة جدًا للبيرومتر.
كيف يعمل البيرومتر؟
الآن بعد أن عرفنا تعريف البيرومتر، دعونا نرى مبدأ تشغيل جهاز القياس هذا.
أي جسم تزيد درجة حرارته عن 0 كلفن يصدر إشعاعًا حراريًا تعتمد قيمته على درجة حرارته. وبالتالي، كلما زادت حرارة الجسم، زاد الإشعاع الحراري الذي يصدره.
يعتمد تشغيل البيرومتر على قانون ستيفان-بولتزمان، الذي يربط درجة حرارة الجسم بالإشعاع الحراري الذي ينبعث منه. وبالتالي، فإن البيرومتر يقيس الإشعاع المنبعث من الجسم، وبتطبيق قانون ستيفان-بولتزمان، يحسب درجة حرارة الجسم.
وبشكل أكثر دقة، فإن صيغة قانون ستيفان-بولتزمان هي كما يلي:
ذهب:
- شاي
هو الإشعاع الحراري المنبعث من الجسم.
-
هي الانبعاثية المميزة للجسم.
-
هو ثابت ستيفان-بولتزمان، والذي يساوي 5.67·10 -8 W·m -2 ·K -4 .
-
هي درجة حرارة الجسم.
أنواع البيرومترات
يمكن تصنيف البيرومترات إلى ثلاثة أنواع مختلفة اعتمادًا على كيفية التقاطها للإشعاع الحراري من الجسم.
- البيرومتر البصري : نوع من البيرومتر الذي يقارن الإشعاع المنبعث مع إشعاع الضوء المعاير لقياس درجة حرارة الجسم. ولذلك فإن قياس درجة الحرارة يعتمد على الضوء المرئي المنبعث من الجسم. يستخدم هذا النوع من البيرومتر لقياس درجات الحرارة فوق 700 درجة مئوية.
- البيرومتر الإشعاعي : نوع من البيرومتر الذي يحدد درجة حرارة الجسم من خلال الإشعاع الصادر عنه. بشكل عام، نطاق القياس يتراوح بين 550 درجة مئوية و1600 درجة مئوية.
- البيرومتر بالأشعة تحت الحمراء : نوع من البيرومتر يشبه تشغيله البيرومتر الإشعاعي، إلا أنه لا يكتشف إلا الإشعاع الذي يتراوح طوله الموجي بين 0.4 و0.7 ميكرومتر. يمكنه قياس نطاق درجة حرارة واسع جدًا، عادةً -50 درجة مئوية إلى 4000 درجة مئوية.
مزايا وعيوب البيرومتر
مزايا البيرومتر:
- يعد قياس درجة الحرارة باستخدام البيرومتر سريعًا جدًا (عادةً ما يستغرق أقل من ثانية).
- نطاق درجات الحرارة التي يمكن للبيرومتر قياسها واسع جدًا.
- على عكس مقياس الحرارة التقليدي، لا يعاني البيرومتر من تآكل التلامس.
- تسمح لنا البيرومترات بقياس درجة حرارة الأجسام المتحركة.
- يتم تجنب الأخطاء الناجمة عن ضعف الاتصال الحراري.
عيوب البيرومتر :
- ويجب معرفة انبعاثية المادة من أجل تحديد درجة الحرارة بدقة.
- يمكن أن تؤثر الانعكاسات من مصادر الإشعاع الحراري أو الضوء المحيط على قيمة درجة الحرارة المقاسة.
تطبيقات البيرومتر
تعتبر البيرومترات مفيدة جدًا لقياس درجة حرارة السطح الذي يصعب الوصول إليه أو الذي لا يمكن لمسه لأنه ساخن جدًا. على سبيل المثال، يمكن استخدام البيرومتر لمعرفة درجة حرارة المحرك أو جزء لا يمكن الوصول إليه من الآلة.
وبالمثل، فإن البيرومترات تجعل من الممكن قياس درجة حرارة الأجسام المتحركة. على سبيل المثال، البيرومتر هو الأداة المستخدمة لقياس درجة حرارة التوربينات الدوارة.
بالإضافة إلى ذلك، يمكن للبيرومتر قياس نطاق درجات حرارة أوسع بكثير من مقياس الحرارة، ولهذا السبب يتم استخدام البيرومترات لقياس درجات الحرارة المرتفعة جدًا. على سبيل المثال، في الأفران المعدنية، يتم استخدام البيرومتر لقياس درجة حرارة المعدن الذي يتم العمل عليه بشكل مستمر.