Termometre
Sıcaklık, termometre adı verilen aygıtlarla ölçülür. Çok yüksek sıcaklıklar için kullanılan sıcaklık ölçme aygıtlarına ise pirometre denir.
Termometrelerin çoğunda, maddenin ısındığı zaman genleşmesi, soğuduğu zaman ise büzülmesi olgusundan yararlanılır. İlk termometreyi 1593’te İtalyan bilim adamı Galileo Galilei’nin yaptığı sanılmaktadır. Galileo’nun termometresi, bir cam balon ile bunun altına takılmış bir cam borudan oluşuyordu. Borunun alt ucu açıktı ve bir kaptaki suya daldırılmış durumdaydı. Balondaki hava sıcaklığa bağlı olarak genleştikçe ya da büzüldükçe, borudaki su düzeyi de alçalıyor ya da yükseliyordu.
Bugün kullanılmakta olan sıvılı termometrelerin ilk örnekleri 1655 dolaylarında geliştirildi; bunlar önceleri renkli alkollü, daha sonraları da cıvalıydı. Cıva hızla çevresindeki sıcaklığa erişir, düzenli olarak genleşir ve borudaki düzeyi kolayca görülür. 357°C’de kaynadığı ve —39°C’de donduğu için geniş bir sıcaklık aralığında kullanılabilir. Alkol 78°C'de kaynadığı için yüksek sıcaklıklarda kullanılamaz; buna karşılık yaklaşık —117°C’ye kadar sıvı halde kaldığı için kutuplardaki düşük sıcaklıkların ölçümünde kullanılabilir. Termometrelerde kullanılacak alkole genellikle kırmızı ya da mavi renkli maddeler katılarak sıvının daha iyi görülebilmesi sağlanır.
Sıvılı termometre yapımında, balon ve boru hemen hemen en üst düzeye kadar alkol ya da cıvayla doldurulur; havanın dışarı atılabilmesi için ısıtılır ve sonra da borunun üst ucu hava geçirmez bir biçimde kapatılır. Sıvı soğuyup büzüldüğünde, borunun içinde bir vakum ortamı, yani bir hava boşluğu oluşur. Sonra boru, derece denen bölümler halinde ölçeklendirilir.
Termometre Ölçekleri
Galileo’nun zamanında ölçeğin en alt noktası kar sıcaklığı, en üst sınırı da öküzün kan sıcaklığıydı ve bu iki noktanın arası 40 dereceye bölünürdü. Günümüzde en yaygın kullanılan sıcaklık ölçeği, birimi Celsius derecesi (simgesi °C) olan, Celsius ya da santigrat sıcaklık ölçeğidir. Bu ölçeğe göre, arı buz 0°C’de erir, arı su 100°C’de kaynar. Fahrenheit derecelerine (simgesi °F) bölünmüş Fahrenheit sıcaklık ölçeğine göre ise, buz 32°F’de erir, su 212°F’de kaynar. Kelvin ya da mutlak sıcaklık ölçeği, molekül hareketinin kuramsal olarak durduğu sıcaklık olan mutlak sıfıra dayanır. Bu ölçeğin birimi olan kelvin (simgesi K), uluslararası temel sıcaklık birimi olarak kabul edilmiştir.
Başka Termometre Türleri
Doktorların kullandığı klinik termometresi (doktor derecesi) genellikle 35°C’den 43°C’ye kadar ölçeklendirilmiştir (normal vücut sıcaklığı yaklaşık 36,9°C’dir). Bu tür termometrelerde cıva genleştikçe dar bir boğazdan geçerek boruya dolar ve soğuduğunda termometre sertçe sallanmadığı sürece kendiliğinden geri dönemez. Doktor derecesi türü termometrelere maksimumlu termometre denir; çünkü bunlar içinde bulundukları ortamın en yüksek sıcaklığını gösterir. Minimumlu termometreler genellikle alkollü termometrelerdir ve bunlarda alkol düzeyinin hemen altında hafif metalden yapılmış bir gösterge bulunur. Alkol büzülürken yüzey gerilim kuvvetleri bu göstergeyi aşağı inmeye zorlar ve gösterge ulaşılan en düşük sıcaklık noktasında kalır. Maksimum ve minimumlu termometreler iki metal göstergeli, alkollü termometrelerdir ve ulaşılan en yüksek ve en düşük sıcaklıkları göstermek için kullanılır.
Bazı sobaların ve kurutma fırınlarının kapaklarında görülen türden fırın termometreleri, genellikle değişik metallerin genleşmesindeki farka dayanır. Bir çelik şerit ile pirinçten yapılmış bir şerit boydan boya birbirine tutturulur ve bir uçları sabitleştirilerek birlikte bobin halinde sarılır. Pirinç ısındığı zaman çelikten daha çok genleşir ve sıcaklık yükseldiğinde bobinin bir yüzündeki genleşme öteki yüzündeki genleşmeden daha çok olur; bu yüzden de bobin kıvrılır. Bobinin serbest ucu, derecelendirilmiş bir kadran üzerindeki göstergeye bağlıdır.
Termoelektrik termometrede (ısılçift ya da termokupl da denir), uçları birbiri üzerine dolanmış, farklı metallerden iki tel bulunur. Tellerin açık uçları, elektrik gerilimi farkını ölçmeye yarayan bir aygıt olan duyarlı bir voltmetreye bağlıdır. Burulu uçlar ısındığında sıcaklığa bağlı bir gerilim doğar. Termoelektrik termometreler, sanayide erimiş çeliğin ya da başka metallerin sıcaklıkları gibi yüksek sıcaklıkları ölçmekte kullanılır.
Gazlı termometrelerle geniş bir sıcaklık aralığında son derece duyarlı ölçümler yapılabilir; bu nitelikleri dolayısıyla da başka termometre ve pirometrelerin doğruluğunu sınamak için gazlı termometrelerden yararlanılır. Hidrojen ve azot gibi gazlar düzgün biçimde genleşir ve hacimleri her °C için yaklaşık 273’te bir birim kadar artar. Mutlak sıfırda kuramsal olarak hacimleri de sıfır olur; ama bu sıcaklığa ulaşmadan önce sıvılaşırlar.
Dirençli termometre ya da termistor genellikle platinden yapılmış metal bir telin ısındıkça direncinin artmasıyla sıcaklık ölçer. Direnç değişimleri mutlak sıcaklık ölçeğiyle yakın bir uyum içindedir. Dirençli termometre yapmak için, direnci sıcaklıktaki yükselmeyle önemli bir düşüş gösteren yarı iletken maddeler kullanılabilir. Dirençteki değişim düzgün değildir; ama ölçme aralığının genişliği ve ölçme hızı dirençli termometreyi çok yararlı bir aygıt haline getirmiştir.
