الضغط الجوي ودرجة الحرارة

بواسطة: - آخر تحديث: ١١:٤٢ ، ٢٧ أغسطس ٢٠١٩

الضغط الجوي ودرجة الحرارة

يُعرَّف الضغط الجوي على أنَّه القوة الواقعة على وحدة المساحة، والتي تُمارس من قبل عمود الهواء في الغلاف الجوي؛ أي بمعنى آخر عندما يكون الجسم بالكامل في الهواء على منطقة محددة من المساحة، ويستخدم المقياس الزئبقي لقياس الضغط الجوي؛ إذ يوزاي ارتفاع عمود الزئبق داخل الميزان وزن عمود الغلاف الجوي فوق البارومتر، ويوجد أيضًا مقياس آخر للضغط الجوي يُدعى المقياس الإشعاعي؛ إذ يحتوي على قرص معدني واحد أو أكثر، ويمثل هذا القرص عنصرًا لاستشعار التغيير في شكله مع تغيير الضغط الجوي الواقع عليه.[١]

أما عن معنى درجة الحرارة، فتُعدّ مقياسًا موضوعيًا لمدى ارتفاع أو انخفاض درجة الحرارة عامة، أو درجة حرارة الجسم، إذ من الممكن قياس درجة الحرارة باستخدام مقياس الحرارة أو باستخدام مُسَعّر؛ ويتم ذلك من خلال تحديد كمية الطاقة الداخلية الموجودة في نظام معين، وتجدر الإشارة إلى وجود العديد من الوحدات التي تستخدم للتعبير عنها كالفهرنهايت، أو الكيلفن، أو الدرجة المئوية التي تُعرَف بالسيلسيوس، ولدرجات الحرارة أهمية واسعة في حياتنا كبشر، إذ تُعدّ درجة الحرارة مؤشرًا على سلامة الجسم أو مرضه، وهو مقياس مهم في الطب كما المجالات العلمية المتعددة الأخرى.[٢]

ومن الجدير بالذكر أنَّ الحرارة تختلف عن درجة الحرارة، مع أنَّهما مفهومان مرتبطان ببعضهما، إذ تُفسر درجة الحرارة على أنَّها مقياس للطاقة الداخليه لأي نظام، ومن جهة أخرى تُعرَّف الحرارة على أنَّها مقياس للكيفية التي تنتقل من خلالها الطاقة من نظام لآخر، ولربما عرفت أيضًا على أنَّها الكيفية التي تؤدي إلى رفع أو خفض درجات الحرارة في أي نظام من خلال التفاعل مع نظام آخر، ومن هنا جاء مفهوم النظرية الحركية؛ إذ تزداد سرعة الذرات المكونة للمادة في الحركة كلما زادت كمية الحرارة التي تُمتص من المادة، فحينما تتحرك الذرات بشكل أسرع تزداد درجة الحرارة وهكذا على النقيض أيضًا، تطبق هذه النظرية على المواد السائلة والغازية على وجه الخصوص، وتصبح الأمور أكثر تعقيدًا في حال كانت المواد صلبة.[٢]


العلاقة بين الضغط الجوي ودرجة الحرارة

يوجد علاقة وثيقة بين الضغط الجوي ودرجة الحرارة، إذ يتناسب ضغط الغاز بشكل مباشر مع درجة الحرارة بصورة طردية، فمع ثباث حجم وكمية الغاز تظهر تلك العلاقة، فكلما زاد ضغط الغاز ارتفعت درجة الحرارة، وعبروا عن هذه العلاقة رياضيًا من خلال إعطاء الرمز (P) للضغط، والرمز (T) لدرجة الحرارة، وثابت التناسب الرمز (K)، وبذلك تكون المعادلة على الشكل التالي: (P / T = K)، وسميت هذه العلاقة باسم جاي لوساك على اسم العالم المكتشف لها.[٣]


قياس الضغط الجوي

يدعى مقياس الضغط الجوي بالبارومتر؛ ويوجد على شكلين هما:[٤]
  • البارومتر اللاسائلي: يتكون هذا المقياس أساسًا من خلايا تتمد وتتقلص مع تغير ضغط الهواء، وذلك من خلال ربط إبرة فيها ومن ثم قياس الضغط الجوي.
  • بارومتر الزئبق: يتكون هذا الجهاز من أنبوب زجاجي طويل، يحتوي بداخله على الزئبق، إذ يكون مقلوبًا في وعاء من الزئبق أيضًا، يُعرف باسم الخزان، ويرفع ضغط الهواء عمود الزئبق ذلك.


قياس درجة الحرارة

يوجد العديد من موازين الحرارة التي تساعد العلماء على قياس درجة الحرارة، وبالتالي دراسة الطقس والظواهر الأخرى، وتختلف أنواع موزاين الحرارة، إذ يتميز كل منها بمزايا مختلفة عن الآخر من حيث السرعة، والتكلفة، والدقة، ونطاق درجة الحرارة، ومن أهم تلك الموازين ما يأتي:[٥]

  • ميزان حرارة السوائل: يتكون هذا الميزان من لمبة زجاجية تحتوي على سائل خاص، وتوجد أعلى اللمبة ساق لها مقياس واضح لدرجة الحرارة، وتتنوع السوائل المختارة في موازين الحرارة، وذلك تبعًا لاستجابتها للتغيرات التي تحدث على درجات الحرارة، ومن أشهر تلك السوائل الزئبق، لكن وبسبب أضراره الصحية استبدله صانعو مقاييس الحرارة بمادة الكحول والمواد الأخرى، والتي تتصف بضرر أقل.
  • ميزان الحرارة المقاومة: يتكون هذا الميزان من مقاومة كهربائية كما هو واضح من اسمه، إذ تتدفق التيارات الكهربائية من خلال الأسلاك، وتُحدَد قيمة درجة الحرارة من خلال قيمة تلك المقاومة، ومن أفضل أنواع الأسلاك المستخدمة في هذه المقاييس؛ هي الأسلاك البلاتينية والتي تتتصف بأنَّها لا تتآكل أو تتفاعل مع الهواء، ويتميز هذا النوع بدقته العالية نسبة إلى موازين حرارة السوائل، ومن الممكن أنَّ تقيس التغييرات التي تصل إلى ألف من الدرجة.
  • ميزان حرارة الغاز الثابت: يحتوي هذا الميزان على كمية ثابتة من الغاز المحفوظ داخل وعاء، إذ تعتمد التغييرات في درجة حرارة الغاز على التغييرات في ضغط الغاز الثابت، كما يوجد مستشعر لقياس ذلك الضغط، وتحوّل إلكترونيات المعايرة حينئذٍ قيمة الضغط إلى درجة حرارة، ويستخدم الهواء عادة كغاز لإجراء تلك القياسات وخصوصًا عند درجات الحرارة القريبة من درجة حرارة الغرفة.
  • مقياس الحرارة الإشعاعية: تتناسب كثافة الأشعة تحت الحمراء المنبعثة من أجسام الكائنات الحية مع درجة الجرارة، ويحتوي هذا المقياس على كاشف إلكتروني خاص؛ وهو عبارة عن أشباه الموصلات كالسيليكون، إذ ينتج تيارًا كهربائيًا يتناسب مع شدة الأشعة تحت الحمراء، يتميز هذا النوع عن غيره، بأنَّه يقيس درجة الحرارة عن بعد وبصورة أسرع عن بقية المقاييس.


أثر الضغط الجوي ودرجة الحرارة على الرطوبة النسبية

يوجد آراء متناقضة لعدد من العلماء حول تأثير درجة الحرارة والضغط الجوي على الرطوبة النسبية، فهناك من قال بوجود علاقة بين الضغط الجوي والرطوبة، وخبراء آخرون يعتقدون أنَّ الضغط والرطوبة لا علاقة لهما ببعض، ومن الجدير بالذكر أنَّ الضغط الجوي يختلف باختلاف المكان، كما ذُكر أنَّ العامل الرئيسي الذي يؤثر على الرطوبة هي درجة الحرارة، وتُعرف الرطوبة النسبية بأنَّها نسبة 1 مول من بخار الماء الفعلي، إلى جزء من المول من بخار الماء المشبع في الهواء الجاف، إذ من الضروري أخذ القيمتين عند نفس درجة الحرارة والضغط، وعلى أي حال فإنَّ الرطوبة تشكل علاقة بين ضغط بخار الماء المشبع وبخار الماء الجزئي للعينة، وهما يعتمدان في الأساس على الضغط ودرجة الحرارة.[٦]


المراجع

  1. Adam Augustyn, "Atmospheric pressure"، britannica, Retrieved 9-7-2019. Edited.
  2. ^ أ ب Andrew Zimmerman Jones (3-7-2019), "Temperature Definition in Science"، thoughtco, Retrieved 9-7-2019. Edited.
  3. "What’s the relationship between pressure and temperature of gas?", masterconceptsinchemistry,15-11-2017، Retrieved 17-8-2019. Edited.
  4. Michael Gunderson (24-4-2017), "Instruments Used for Measuring Air Pressure"، sciencing, Retrieved 9-7-2019. Edited.
  5. Samuel Markings (20-4-2018), "Instruments for Measuring Temperature"، sciencing, Retrieved 9-7-2019. Edited.
  6. Anne Marie Helmenstine (13-2-2018), "Does Atmospheric Pressure Affect Humidity?"، thoughtco, Retrieved 9-7-2019. Edited.