الحرارة

ما هي درجة الحرارة؟

درجة الحرارة كمية ترتبط مباشرة بمتوسط الطاقة الحركية لذرات وجزيئات المادة. فكلما تحركت الجزيئات بسرعة أكبر، اعتُبرت المادة "أسخن".

درجة الحرارة إحدى الكميات الأساسية السبع في النظام الدولي، ويُرمز لها كحرارة ديناميكية بالرمز Θ (ثيتا). وبخلاف كميات أخرى كالطول أو الكتلة، فهي ليست جمعية مباشرة -- عند تلامس جسمين، لا تُجمع درجتا حرارتهما بل تتعادلان لتصلا إلى قيمة توازن.

وحدة درجة الحرارة في النظام الدولي: الكلفن

الكلفن هو الوحدة الأساسية لدرجة الحرارة في النظام الدولي ويُرمز له بالحرف ك (بدون علامة درجة، فقط "K"). يضع مقياس كلفن الصفر المطلق (أدنى درجة حرارة ممكنة نظريًا) كنقطة بداية (0 ك).

منذ تعديل النظام الدولي عام 2019، لم يعد الكلفن يُعرَّف عبر نقطة ثلاثية الماء، بل عبر القيمة الثابتة المحددة بدقة لثابت بولتزمان (k). وبذلك لم تعد وحدة درجة الحرارة تعتمد على مادة مرجعية فعلية، بل على ثابت طبيعي عالمي.

لماذا تحويل درجة الحرارة ليس ضربًا فقط؟

في كميات مثل الطول أو الكتلة، يتم تحويل الوحدة بمعامل ضرب واحد فقط (كالمتر إلى السنتيمتر). أما في درجة الحرارة، فإن المئوية والفهرنهايت والكلفن لها "نقاط صفر" مختلفة، لذلك يتطلب التحويل ضربًا وجمعًا أو طرحًا معًا.

عند التحويل من المئوية إلى الفهرنهايت، تُضرب القيمة أولًا في 9/5 ثم يُضاف 32: °ف = (°م × 9/5) + 32. لذلك تُعد درجة الحرارة الكمية الفيزيائية الشائعة الوحيدة التي تحمل علاقة تحويل "تآلفية" (خطية لكنها لا تمر بنقطة الأصل).

مقياس المئوية

طوّر عالم الفلك السويدي أندرس سيلسيوس مقياس المئوية عام 1742، ويحدد نقطة تجمد الماء عند 0 °م ونقطة غليانه (عند ضغط جوي واحد) عند 100 °م. ما يجعله مرجعًا سهل الفهم في الحياة اليومية.

المئوية هو مقياس درجة الحرارة الأكثر استخدامًا عالميًا في العلوم وفي تقارير الطقس اليومية في معظم دول العالم؛ ولا تزال قلة من الدول، أبرزها الولايات المتحدة، تفضّل الفهرنهايت في الاستخدام اليومي.

مقياس الفهرنهايت

طوّر الفيزيائي الألماني دانيال غابرييل فهرنهايت مقياسه عام 1724. في هذا المقياس، نقطة تجمد الماء عند 32 °ف ونقطة غليانه عند 212 °ف -- أي فارق قدره 180 درجة بالضبط بين نقطتي التجمد والغليان.

لا يزال الفهرنهايت يُستخدم اليوم في عدد قليل من الدول، أبرزها الولايات المتحدة، للتعبير اليومي عن درجة الحرارة؛ أما في العلوم فقد استُبدل عالميًا إلى حد كبير بالمئوية والكلفن.

الرانكن والريومور: مقياسان أقل شهرة

الرانكن مقياس درجة حرارة مطلق يستخدم درجات بحجم درجة الفهرنهايت، لكن نقطة صفره هي الصفر المطلق (0 °ر)؛ وتقع نقطة تجمد الماء عند 491.67 °ر. يُفضَّل خصوصًا في بعض الحسابات الديناميكية الحرارية الأمريكية بدلًا من الكلفن.

طوّر العالم الفرنسي رينيه ريومور مقياس ريومور في القرن الثامن عشر؛ ويضع نقطة تجمد الماء عند 0 °ر ونقطة غليانه عند 80 °ر. ورغم أنه لا يُستخدم عمليًا اليوم، ما زال يظهر أحيانًا كمرجع تاريخي في بعض النصوص الأوروبية، كالوصفات الروسية التقليدية.

ماذا يعني الصفر المطلق؟

الصفر المطلق (0 كلفن، -273.15 °م، -459.67 °ف) هو درجة الحرارة النظرية التي تمتلك عندها الجسيمات أدنى طاقة حركية ممكنة بالمعنى الكلاسيكي. وبسبب ميكانيكا الكم، لا تتوقف الجسيمات تمامًا عن الحركة حتى عند الصفر المطلق (طاقة نقطة الصفر)، لكن بالمعنى الكلاسيكي لا يمكن تعريف درجة حرارة أدنى منه.

في ظروف مخبرية، تم بلوغ درجات حرارة قريبة جدًا من الصفر المطلق (في نطاق الميكروكلفن إلى النانوكلفن)، لكن وفق القانون الثالث للديناميكا الحرارية، يستحيل بلوغ الصفر المطلق تمامًا بعدد محدود من الخطوات.

كيف تُقاس درجة الحرارة؟

تُستخدم تقنيات مختلفة لقياس درجة الحرارة، مثل موازين الزئبق أو الكحول، وموازين الحرارة الرقمية، والأزواج الحرارية، ومقاييس الحرارة المقاومية (RTD)، وموازين الحرارة بالأشعة تحت الحمراء دون تلامس. وتناسب كل تقنية نطاق حرارة ودقة معينة.

تُستخدم الأزواج الحرارية بكثرة في البيئات الصناعية لأنها تعمل ضمن نطاق حراري واسع جدًا (من -200 °م إلى +2000 °م أحيانًا)؛ وتحسب درجة الحرارة من فرق الجهد الناتج عند نقطة اتصال معدنين مختلفين.

البدء الأسرع

إذا كنت تبحث عن تحويل مباشر، ابدأ من قائمة التحويلات الشائعة في أعلى الصفحة. وإذا كنت تريد توسيع التصفح خارج هذه الفئة، فانتقل إلى بوابة كل التحويلات أو راجع معجم الوحدات في هذه الصفحة.