Termometre Yapılırken Maddelerin Hangi Özelliğinden Yararlanılır

Sıcaklık ve ısı kavramları, genellikle birbirleriyle karıştırılan ve aynı manada kullanılan, farklı manalar taşıyan iki değişik kavramdır. Isı bir enerji çeşididir. Sıcaklık ise ısı alan maddenin halini tarif eden özelliktir.

İki değişik madde birbiri ile temas halinde olduğu zaman bunların özelliklerinde hiç bir değişiklik meydana gelmezse bu iki cisim aynı sıcaklıkta denir.

Isı, iki sistem arasındaki sıcaklık farkından dolayı birbirinden diğerine geçen akım veya enerjidir. Hacminin değişmesi ile kendi sıcaklığı hakkında bilgi veren cisimlere termometre denir. Meteorolojik gayeler için aşağıdaki sıcaklık ölçümleri yapılır.

1. Yeryüzeyine yakın hava sıcaklığı : Yerden m. ile 2 m. arasındaki havanın sıcaklığıdır.
2. Yüksek hava sıcaklığı (O hPa'a kadar ölçülen sıcaklık)
3. Muhtelif derinliklerdeki toprak sıcaklığı : Standart derinlikler, yerden 5, 10, 20, 50 ve cm. dir.
4. Nehir, göl ve deniz yüzeyi sıcaklıkları

Meteorolojik gayeler için kullanılan termometreler, değişik maddelerin ısı karşısında gösterdikleri özelliklerden yararlanılarak yapılmışlardır. Yapılışları aşağıdaki özelliklerden birine dayanır.

1. Isı karşısında genleşme,
2. Su buharının sıcaklığa bağlı oluşu,
3. Isınma ile iletkenlerin dirençlerinin değişmesi,
4. Termoelektrik etki.

Termometrelerin Sınıflandırılması

Çeşitli prensiplerden yararlanılarak yapılan termometreleri 6 sınıfta toplayabiliriz.

1. Normal Termometreler

Herhangi bir anda bulunduğu yerin sıcaklığını gösteren termometrelerdir. Sıcaklığın yükseldiği anda, civanın kılcal boruda yükselmesi, düştüğü anda ise civanın hazneye tekrar dönmesi esasına göre yapılmıştır.

2. Toprak Termometreleri

Muhtelif derinliklerdeki toprak sıcaklığı özel şekilde yapılan civalı termometreler ile ölçülür. Toprak sıcaklığı için standart derinlikler 5, 10, 20, 50 ve cm. derinliklerdir.

3. Deniz Termometresi

Deniz termometreleri de bir normal termometre olup, muhtelif tipleri vardır. Yalnız termometrenin sudan çıkarıldığı zaman, sıcaklığının hemen değişmemesi için, haznenin etrafında, içinde bir miktar su bulunduracak şekilde delikli bir çanak olması gerekir. Bu termometrenin de haznesi, toprak termometreleri gibi büyük olup, sıcaklık değişikliklerinden geç etkilenir.

4. Azami Termometre

Günün en yüksek sıcaklığını ölçmeye yarayan termometrelerdir. Iskala sıcaklığın artması ile haznedeki civanın kılcal boruda yükselmesi ve hava sıcaklığının düşmeye başladığı andan itibaren ise, civanın kendiliğinden tekrar hazneye dönememesi esaslarına göre yapılmıştır.

5. Bellani Termometresi

Günün en yüksek ve en düşük sıcaklıkları bir arada gösteren termometrelerdir.

6. Asgari Termometre

Günün en düşük sıcaklığını ölçmeye yarayan termometrelerdir. Çok daha düşük sıcaklıkları ölçebilmek için kılcal boruda civa yerine alkol kullanılmıştır.

Termograf

Sıcaklığı bir diyagram üzerine devamlı olarak kaydeden aletlere termograf denir.

Termograf Kontrol ve Kalibre Cihazı

Zamanla termografların hassas kısımları özelliğini kaybeder. Termografın bu hassas kısımları değiştirildikten sonra, bu cihazda gerekli ortamlar oluşturulup alt ve üst limitlerde doğru değer gösterinceye kadar denenmek suretiyle ayarı yapılır.

Bilmekte Fayda Var!

Maddeyi oluşturan tanecikler çarpışmalar sırasında birbirlerine enerji aktarır. Bu yüzden farklı taneciklerin anlık enerjileri birbirinden farklıdır ve sürekli değişir.

Sıcaklık Nedir?

Sıcaklık tanım olarak maddeyi oluşturan taneciklerin ortalama hareket enerjisinin bir ölçüsüdür. Farklı sıcaklıktaki maddeler birbirine temas ettiğinde, sıcaklıkları eşitlenene kadar, sıcak olandan soğuk olana ısı akışı gerçekleşir.

Termometre Nedir? Termometre Neyi Ölçer? Termometre Nasıl Üretilir?

Sıcaklığı ölçmek için kullanılan termometreler maddelerin genleşme ve büzülme özelliklerinden yararlanılarak üretilir.

Termometre Çeşitleri

Katı, sıvı ve gazlardan yararlanılarak çeşitli termometreler yapılabilir. Günümüzde sıvılı ve metal termometreler daha yaygındır.

Sıvılı termometrelerdeki hazne cıva veya alkol gibi sıvılarla doldurulur. Termometre bir malzemeye temas ettirildiğinde ısı akışı başlar. Eğer malzeme termometreden daha sıcaksa termometre ısınmaya başlar ve bu sırada haznedeki sıvı genleşir. Aksi durumdaysa termometre soğumaya başlar ve bu sırada haznedeki sıvı büzüşür. Malzemenin sıcaklığı, bu değişimler gözlemlenerek tespit edilir.

Gaz termometrelerinde ise sıcaklığı ölçülecek malzeme, içerisinde gaz bulunan bir hazneye temas ettirilir ve gazın genleşmesinden ya da büzüşmesinden yararlanılarak sıcaklık ölçümü yapılır.

Termometre Yapımı

Tasarla ve Yap köşesinin bu projesinde bir hava termometresi düzeneği tasarlıyoruz.

Nelere İhtiyacımız Var?

• 1 adet 1,5 cm x 1,5 cm x 42 cm boyutlarında tahta
• 1 adet 9 cm x 9 cm boyutlarında duralit
• 2 adet 1,5 cm x 1,5 cm x 9 cm boyutlarında tahta
• 1 adet 2 cm uzunluğunda vida
• 1 adet 5 mm çapında, 15 cm uzunluğunda uçları açık cam boru
• 1 adet 1,5 cm x 15 cm uzunluğunda yapışkanlı kâğıt şerit
• 1 adet ml’lik beherglas veya su bardağı
• 1 adet kapaklı, ml’lik PET şişe
• Kırmızı gıda boyası
• Makas
• Tornavida
• Çift taraflı bant
• Silikon tabancası ve silikon
• Saç kurutma makinesi

Uyarı:

Kesici ve delici aletleri kullanırken dikkatli olalım. Silikon tabancasının elimizi yakmamasına dikkat edelim.

Ne Yapıyoruz?

. Bu aşamada hava termometresinin taban kısmını hazırlıyoruz.

Çift taraflı bant kullanarak 1,5 cm x 1,5 cm x 9 cm boyutlarındaki tahta parçalarını duralitin tabanına sabitleyelim.

. 1,5 cm x 1,5 cm x 42 cm boyutlarındaki tahtayı, görseldeki gibi, taban kısmına vidalayarak sabitleyelim.

. Bu aşamada cam boruyu PET şişenin kapağına sabitliyoruz.

PET şişenin kapağında, makas kullanarak, cam borunun geçebileceği bir delik açalım.

Yaklaşık 1,5 cm’si kapağın altında kalacak şekilde cam boruyu delikten geçirelim.

Cam boru ile kapak arasındaki bölümü silikon ile hava geçirmeyecek şekilde dolduralım. Kapağı şişeye takalım.

Bu aşamada, PET şişeye yerleştirdiğimiz cam boru ve yapışkanlı kâğıt şeridi düzeneğimize ekliyoruz.

Çift taraflı banttan 10 cm keselim ve görseldeki gibi tahtaya yapıştıralım.

Aynı şekilde yapışkanlı kâğıt şeridi görseldeki gibi tahtaya yapıştıralım

Yapışkanlı kâğıt şeridi cetvel ve kalem kullanarak eşit aralıklarla işaretleyelim.

Çift taraflı bandın koruyucusunu sökerek şişeyi düzeneğimize yapıştıralım.

. Cam borunun boşta kalan ucunu ml’lik beherglas veya su bardağının içinde kalacak şekilde düzeneğin taban kısmına yerleştirelim.

. Beherglasın içine ml su dolduralım ve kırmızı renkli gıda boyası ekleyelim. Artık düzeneğimiz hazır.

Havanın genleşmesi için saç kurutma makinesini sıcak hava üfleyecek şekilde ayarlayıp şişeye saniye boyunca tutalım ve neler olduğunu gözlemleyelim.

Ne OIdu?

Hava termometremiz, havanın genleşmesi veya büzüşmesi sonucu, renklendirdiğimiz suyun cam boruda yükselmesi veya alçalması ile bize havanın sıcaklığındaki değişimi gösterir.

PET şişeyi ısıttığımızda genleşen bir miktar hava beherde bulunan sudan dışarı çıkar ve bir miktar renkli su cam boruda yukarıya doğru yükselir. PET şişedeki hava soğumaya başladığında cam borudaki su tekrar aşağı doğru iner.

Hava termometremizi önce güneşli bir ortama götürelim ve yükselen sıvı seviyesini bir duvar termometresinden yararlanarak işaretleyelim. Sonra soğuk bir ortama götürüp yine sıcaklık değerini işaretleyelim. İki işaret arasındaki boşluğu eşit aralıklara bölerek hava termometremizi ölçeklendirebilir ve böylece termometremizi kullanarak sıcaklık değişimlerini ölçebiliriz.

Gazlar sıvılara göre daha çabuk genleştikleri için gaz termometreleri sıvılı termometrelere göre daha hassas ölçümler yapar.

Kaynak:

• Komisyon, 8. SınıfFen ve Teknoloji Ders Kitabı, Millî Eğitim Bakanlığı Yayınevi, Ankara,

Yazar Hakkında:

Namdar Gürsönmez

Fen Bilimleri Öğretmeni

İzmir Çiğli-Karşıyaka Aydoğan Yağcı Bilim ve Sanat Merkezi

Sıcaklığı ölçmek için dokunma duyumuza güvenemeyeceğimizi sıcaklık nasıl ölçülür sorusunu yanıtlarken görmüştük. Sıcaklığı nesnel bir şekilde ölçmek için termometre kullanılır.

Termometre nasıl çalışır?

1. Termometre bir cisimle ya da ortamla ısıl temas haline getirilir.
2. Cisimle termometre arasında ısıl dengeye ulaşılması beklenir.
3. Isıl dengeye ulaşıldığında termometrenin ve cismin sıcaklığı birbirine eşit olur. Termometrenin gösterdiği değer cismin sıcaklığını verir.

Termometre çeşitleri

Termometreler çeşit çeşittir, çünkü her biri farklı bir amaç için kullanılır. Tüm termometreler maddenin bir termometrik (sıcaklık ile değişen) özelliğini kullanır. Yapıldıkları maddenin türü ve özelliğine göre ölçebildikleri sıcaklık aralıkları değişir.

Metal Termometreler

Metal termometreler metallerin sıcaklıkla birlikte uzama (genleşme) özelliğini kullanır. Bunlar metal eritme ocakları ya da fırınlar gibi yüksek sıcaklığa sahip ortamlarda kullanılır. °C&#;ye kadar sıcaklıkları ölçebilirler.

Gazlı Termometreler

Sabit hacimde ve kütledeki bir gazın basıncının sıcaklığa göre değişmesi özelliğinden yararlanılarak tasarlanmışlardır. °C ile °C arasındaki sıcaklıkları ölçmek için gazlı termometreler kullanılır. Çok hassas ölçümler yapabilirler. Ancak kocaman oldukları için kullanışlı değildirler, laboratuvarlarda kullanılırlar.

Elektrik direnciyle çalışan termometreler

Metallerin sıcaklığa göre elektrik akımına gösterdikleri direncin değişmesi özelliğinden faydalanılarak yapılırlar. °C ile °C arasını ölçebilirler. Küçük sıcaklık farkları en iyi metal termometrelerle ölçülür.

Isıl çift (Termokupl) termometreleri

Isıl çift termometreleri farklı cins iki metalin birbirine değmesiyle ortaya çıkan potansiyel farkın sıcaklığa göre değişmesi ilkesine göre tasarlanmışlardır. °C ile °C arasındaki sıcaklıkları ölçebilirler.

Işınımla çalışan termometreler (Pirometre)

Pirometreler bir cismin yaydığı elektromanyetik ışınımın dalgaboyuyla sıcaklığı arasındaki ilişki kullanılarak yapılır. Çok yüksek sıcaklıkları ölçmek için kullanılır. Ayrıca insan bedeninin yaydığı kızılötesi ışınımı ölçerek çalışan vücut termometreleri de sıklıkla kullanılmaktadır.

Sıvılı Termometreler

En yaygın olarak kullanılan termometre çeşidi sıvılı olanlardır. Sıvıların sıcaklık arrtıkça genleşme, azaldıkça büzülme özelliği kullanılır. Sıvı, alt kısmında hazne bulunan kılcal cam bir tüpün içine yerleştirilir. Sıcaklık artınca sıvı genleşir ve kılcal tüpün içinde yükselir, azalınca büzülür ve alçalır.

Cıvalı Termometreler

Cıva °C&#;de donar ve °C&#;de kaynar. Bu aralıktaki sıcaklıkları ölçmek için kullanılabilir. Kutup bölgelerinde ya da sıcaklığın °C&#;nin altına düştüğü durumlarda sıcaklığı ölçemez. Ama suyun kaynama sıcaklığını ölçebilir.

Cıvalı hasta termometreleri, vücut sıcaklığını ölçmek için tasarlandıkları için, 33 °C ile 45 °C arasını ölçebilir. Ancak cıvanın ağır metal zehirlenmesine yol açma ihtimalinden dolayı son yıllarda cıvalı termometreler evlerde pek kullanılmamaktadır.

Alkollü Termometreler

Alkol °C&#;de donar ve 78 °C&#;de kaynar. Bu aralıktaki sıcaklıklar alkollü termometreyle ölçülebilir. Evlerimizde kullandığımız termometrelerin çoğu renklendirilmiş (genellikle kırmızı) alkol içerir. Soğuk ortamları ölçebilir ama suyun kaynama sıcaklığını ölçemez. Kullanışlı ve taşınabilir oldukları için tercih edilirler.

Sıvılı termometrenin hassaslığı ve duyarlılığı nelere bağlıdır?

• Kullanılan kılcal borunun kesit alanı: Boru ne kadar dar olursa sıvı o kadar rahat yükselir. Böylece daha hassas ölçümler yapılabilir.
• Sıvının cinsi: Genleşme katsayısı yüksek olan sıvı küçük sıcaklık değişimlerine duyarlıdır. Hassas ölçümler için cıvanın tercih edilmesinin nedeni budur.
• Sıvının konulduğu haznenin büyüklüğü: Hazne ne kadar büyük olursa o kadar çok sıvı konulabilir. Böylece daha duyarlı ölçüm yapılabilir.
• Bölme sayısı: Termometrenin bölmeleri artırılarak ondalıklı 11,2 °C gibi sıcaklıklar ölçülebilir.
• Yer çekimi sıvıların genleşmesini etkilemez, bu nedenle sıcaklık ölçümünün duyarlılığıyla ilgisi yoktur. Sıvılı termometreler uzayda da çalışır.

Sıvılı termometrelerin ölçeklendirilmesi (derecelendirilmesi)

Bir termometreyi ölçeklendirmek ya da derecelendirmek için iki referans noktası gerekir. Bu referans noktaları suyun deniz seviyesinde (1 atmosfer basınçta) donma ve kaynama noktaları olarak belirlenmiştir. Donarken ve kaynarken suyun sıcaklığı değişmediği için bu iki nokta seçilmiştir.

Fahrenheit (Fahrenhayt)

Alman bilim insanı Daniel Gabriel Fahrenheit, yılında, suyun donma sıcaklığını 32 °F kaynama sıcaklığını °F olarak seçmiştir. Bu iki değerin arasını eşit aralığa bölmüştür. Amerika Birleşik Devletleri&#;nde Fahrenheit kullanılır.

Santigrat (Celcius)

İsveçli bilim insanı Anders Celsius, yılında, saf suyun donma sıcaklığını 0 °C kaynama sıcaklığını °C olarak seçmiştir. Bu iki değerin arasını eşit parçaya bölmüştür. Dünyadaki çoğu ülkede Santigrat kullanılır.

Reaumur (Reomür)

Fransız bilim insanı René-Antoine Ferchault de Réaumur, yılında, suyun donma sıcaklığını 0 °R kaynama sıcaklığını 80 °R olarak seçmiş, bu iki değerin arasını 80 eşit aralığa bölmüştür. yüzyılın sonuna dek kullanılsa da sonraları diğer sistemlerin ardında kalmıştır.

Kelvin

İrlandalı bilim insanı William Thomson (Lord Kelvin), yılında, saf suyun donma sıcaklığını ,15 K, kaynama sıcaklığını
ise ,15 K olarak seçmiştir. Bu iki değerin arasını tıpkı santigratta olduğu gibi eşit aralığa bölmüştür. Kelvin birimi K ile gösterilir, derece (°K) kullanılmaz.

Rakamların bu kadar garip olmasının nedeni, maddenin düşebileceği en düşük sıcaklığın mutlak sıfır olarak alınmasıdır. Diğer sıcaklık birimleri günlük hayatta kullanılsa da bilimsel olarak sıcaklık Kelvin birimiyle ölçülür. Çünkü sıcaklık oranı yapabileceğiniz tek ölçek budur. Örneğin, 20 °C, 10 °C&#;ın iki katı değildir. Ama 20 K, 10 K&#;nin iki katıdır.

Sıcaklık birimleri ve dönüşümleri

Yukarıdaki resim beş farklı termometrenin aynı sıcaklığı farklı birimlerle ölçtüğünü gösteriyor. Bu birimleri birbirine dönüştürebiliriz. En genel haliyle şu formül bir X birimini bir Y birimine dönüştürmekte kullanılabilir:

X, X birimiyle ölçülen sıcaklığı, DS_x X biriminde suyun donma sıcaklığını ve KS_x X biriminde suyun kaynama sıcaklığını gösterir.

Y, Y birimiyle ölçülen sıcaklığı, DS_y Y biriminde suyun donma sıcaklığını ve KS_y Y biriminde suyun kaynama sıcaklığını gösterir.

Gözünüz kormasın şimdi sırayla formülün nasıl kullanıldığını görelim.

Santigrat&#;tan Fahrenheit&#;a

Buradan

bulunur. F&#;yi çekersek:

buluruz.

Fahrenheit&#;tan Santigrat&#;a

olduğunu biliyoruz. Şimdi C&#;yi çekelim:

Kelvin&#;den Santigrat&#;a ve Santigrat&#;tan Kelvin&#;e

C = K &#;

K = C +

Kelvinden santigrata çevirirken çıkarıyoruz. Santigrattan Kelvine çevirirken ekliyoruz.

Örnek soru &#; Oda sıcaklığı

Oda sıcaklığı 20 °C ise kaç °F ve kaç K&#;dir?

Çözüm:

F = 36 + 32 = 68 °F

K = C +

K = 20 + = K

Yani, 20 °C = 68 °F = K

Termometreler ile ilgili Fizik dersi Kazanımları

 Termometre çeşitlerini kullanım amaçları açısından karşılaştırır.

 Sıcaklık birimleri ile ilgili hesaplamalar yapar.

• °C, °F, K için birim dönüşümleri yapılması sağlanır.

Kaynaklar

seafoodplus.info