ارتكز ظهور مقاييس درجة الحرارة Thermometers على تطور مفهوم درجة الحرارة Temperature ويرتكز مفهوم درجة الحرارة بدوره على القانون الأول في الثرموديناميك، أو القانون الصفري الذي يَنُصُّ على أنه إذا كان لدينا نظامان في حالة توازن مع نظام ثالث، فإنَّ أحدهما يكون في حالة توازن مع الآخر.¹

أي لتمييز درجة سخونة الأجسام من برودتها يُستعان بمفهوم درجة الحرارة، ويُمكن إعطاء التعريف الكمي لهذا المقدار من حيث المبدأ عن طريق استخدام أية خاصية للأجسام بحيث تعتمد على درجة السخونة. لكن ثمة إشكالية في هذا التعريف؛ فإذا قمنا بتدريج عمود من الزئبق يُوجد في حالة توازن حراري مع الجسم المقاسة درجة حرارته، فإنَّ مثل هذا التدريج هو اختياري بشكل صرف بحيث لا يُمكن أن يتضمن إطلاقًا أي معنى فيزيائي عميق، وإنما هو اختيار مرتبط بالطَّابع العَفْوي للزئبق مثلًا والزُّجاج الذي يُصنَع منه الوعاء الحاوي للزئبق؛ ولذلك يعتمد الفيزيائيون اليوم على التدريج الثرموديناميكي أو المطلق الذي يرتبط بشكل وثيق بأهم الخصائص الحرارية لجميع المواد.²

من ناحية أخرى، تُعتبر درجة الحرارة لأي مادة مقياسًا لمتوسط طاقتها الحركية، أو متوسط سرعة حركة جزيئاتها؛ فعند درجة الحرارة 35° مئوية مثلًا، يكون متوسط سرعة جزيئات غاز الأكسجين 1750 كم / ساعة، وعندما تصل درجة الحرارة إلى 100° مئوية يرتفع إلى 1941 كم / ساعة، وهكذا كُلَّمَا ارتفعت درجة الحرارة، ازداد متوسط سرعة الجزيئات، وتُعبر حركة الجزيئات عن الطاقة الحركية.³

لقد أصبح اليوم قياس درجة الحرارة علمًا قائمًا بحد ذاته يُدعى علم القياس الحراري Thermometry ويُعرف بأنه فرع الفيزياء الذي يتعامل مع قياس درجة الحرارة. وهو علم يُعنى ببناء واستخدام مقاييس الحرارة.⁴

وأصبح قياس كمية من الحرارة في علم مقاييس الحرارة الحديث يعتمد على مبدأين أساسيين، يرتبطان بهذا المقدار عن طريق تسخين كتلة من أي جسم آخر، وهذان المبدآن هما:⁵

(1) مبدأ الاستحالات المعكوسة: ويقضي بأنَّ كمية الحرارة التي ينبغي إعطاؤها لجملة ما بهدف نقلها من الحالة (A) إلى الحالة (B)، تكون مساويةً لكمية الحرارة المبذولة لنقل تلك الجملة من الحالة (B) إلى الحالة (A).

(2) مبدأ المساواة في التبادلات الحرارية: ويقضي بأنَّ كمية الحرارة التي تكسبها مجموعة من الأجسام في تبادلات حرارة صرفة، تكون مُسَاوية لكمية الحرارة التي تقدمها إلى المجموعة الأخرى.

رحلة مقاييس الحرارة استغرقت قرونًا طويلة حتى وصلتنا بالشكل الذي استقرت عليه اليوم، لكن كانت هناك محاولات وجهود كثيرة، ولدى عدة حضارات لضبط كمية الحرارة التي يحويها كل جسم، سواء كان سائلًا أم صُلبًا أم غازيًا. لكنَّ الأمر تطلَّب فصل وتفنيد المفاهيم عن بعضها؛ أي يجب فصل مفهوم الحرارة عن درجة الحرارة، وفصل مفهوم الحرارة النوعية عن الحرارة الكامنة.

كان للهنود مثلا ميزانهم الخاص الذي يعتمد على الحشرات الذي لا يزال يستخدم حتى اليوم بعض التطوير؛ حيث إنَّ جنادب الأشجار كانت تُسمى «ميزان حرارة الفقراء»؛ لأن درجة الحرارة تؤثّر على معدل نشاطها، وكانت عملية قياسهم تتم وفق الطريقة الآتية: احص عدد السقسقات التي يصنعها الجندب خلال 15 ثانية، ثم أضف إليها الرقم 37 تحصل على درجة الحرارة بالفهرنهايت⁶ للجو.⁷

____________________________________________
هوامش

1- دبس، محمد، معجم أكاديميا للمصطلحات العلمية والتقنية، ص 556.

2- لانداو، ل. واخيزير، أ. وليفشيتس، ي، الفيزياء العامة، ترجمة: أحمد صادق القرماني، دار مير، موسكو، 1975م، ص 176-177.

3- المبادئ الأساسية في الحرارة، وزارة التربية دمشق، 2014م، ص10-9.

4-عن: http://www.dictioary.com.

5- ديفوره وأنوكان، دروس في الفيزياء (الثرموديناميك والحرارة)، قسم 1، ص114-115.

6- يتم التحويل من الفهرنهايت إلى الدرجة المئوية حسب المعادلة التالية:

1.8 ÷ (°32 – °F° = (C.

7- موسوعة الأرض، ترجمة: عماد أفندي، مراجعة د. سائر بصمه جي، دار الشرق العربي، بيروت، 2014 م. ص 71.

8- Barnett, Martin K., The Development of Thermometry and the Temperature Concept, ^ Osiris, Vol. 12 (1956), The University of Chicago Press on behalf of The History of Science Society, p. 269

مواضيع ذات صلة

الاهتمامات البيئية العالمية "فيزياء الطاقة المستدامة: استجابة علمية للاهتمامات البيئية العالمية"

سلوك الغازات وخصائصها العامة

الديناميكا الحرارية الجزيئية

توزيع بولتزمان

العلاقات بين الخواص

القانون الثالث للديناميكا الحرارية

الطاقة الحرة

القانون الثاني للديناميكا الحرارية

القانون الأول للديناميكا الحرارية

Order and entropy

Irreversibility

The Clausius-Clapeyron equation