ميزان الحرارة

الترمومتر جهاز يقيس درجة الحرارة (سخونة أو برودة جسم ما) أو تدرج درجة الحرارة (معدلات تغير درجة الحرارة في المكان). يتكون الترمومتر من عنصرين أساسيين: (1) مستشعر درجة الحرارة (مثل مستودع الحرارة الزئبقي الزجاجي أو مستشعر قياس الحرارة في الترمومتر بالأشعة تحت الحمراء ) الذي يتغير بتغير درجة الحرارة؛ و(2) وسيلة لتحويل هذا التغير إلى قيمة عددية (مثل المقياس المرئي في الترمومتر الزئبقي الزجاجي أو الشاشة الرقمية في الترمومتر بالأشعة تحت الحمراء). تُستخدم الترمومترات على نطاق واسع في التكنولوجيا والصناعة لمراقبة العمليات، وفي الأرصاد الجوية ، وفي الطب ( الترمومتر الطبي )، وفي البحث العلمي.

على الرغم من قدرة الترمومتر الفردي على قياس درجات الحرارة، إلا أنه لا يمكن مقارنة قراءات ترمومترين إلا إذا كانت متوافقة مع مقياس متفق عليه. يوجد اليوم مقياس ترموديناميكي مطلق لدرجة الحرارة . صُممت مقاييس درجة الحرارة المتفق عليها دوليًا لتقريب هذا المقياس بدقة، بالاعتماد على نقاط ثابتة ومقاييس حرارة تعتمد على الاستيفاء. أحدث مقياس رسمي لدرجة الحرارة هو المقياس الدولي لدرجة الحرارة لعام 1990 ، والذي يمتد من 0.65 كلفن (-272.5 درجة مئوية؛ -458.5 درجة فهرنهايت) إلى حوالي 1358 كلفن (1085 درجة مئوية؛ 1985 درجة فهرنهايت) .      

تُصعّب السجلات التاريخية الشحيحة والمتضاربة تحديدَ اختراع الترمومتر بدقةٍ متناهية، سواءً أكان ذلك لشخصٍ واحدٍ أو في تاريخٍ مُحدد. إضافةً إلى ذلك، ونظرًا للتطورات المتوازية العديدة في تاريخ الترمومتر، والتحسينات التدريجية التي طرأت عليه عبر الزمن، يُفضّل النظر إليه كتقنيةٍ متطورةٍ لا كاختراعٍ واحد .

التطورات القديمة

لقد وفرت الأجهزة والأفكار الهوائية المبكرة من العصور القديمة مصدر إلهام لاختراع مقياس الحرارة خلال عصر النهضة.

فيلو البيزنطي

في القرن الثالث قبل الميلاد، وثّق فيلو البيزنطي تجربته باستخدام أنبوب مغمور في وعاء سائل من أحد طرفيه، ومتصل من الطرف الآخر بكرة مجوفة محكمة الإغلاق. عند تسخين الهواء داخل الكرة بشمعة أو بتعريضه لأشعة الشمس، يتمدد الهواء ويخرج منها مُولِّدًا فقاعات في الوعاء. وعندما يبرد الهواء داخل الكرة، يتكوّن فراغ جزئي يسحب السائل إلى داخل الأنبوب. أي تغيير في موضع السائل يُشير إلى ما إذا كان الهواء داخل الكرة يسخن أم يبرد.

استعان روبرت فلود بترجمات لتجربة فيلو من النص اليوناني القديم الأصلي في حوالي عام 1617، واستخدمها كأساس لمقياس حرارة الهواء الخاص به. ^{[ 2 ] : 15}

بطل الإسكندرية

في كتابه " علم الهواء المضغوط" ، يقدم هيرو الإسكندري (10-70 م) وصفة لبناء "نافورة تتدفق بفعل أشعة الشمس"، وهي نسخة أكثر تفصيلًا من تجربة فيلو الهوائية، لكنها تعمل على نفس مبدأ تسخين وتبريد الهواء لتحريك الماء. ^{[ 3 ]} انتشرت ترجمات كتاب "علم الهواء المضغوط" القديم في إيطاليا أواخر القرن السادس عشر، ودرسه الكثيرون، بمن فيهم غاليليو غاليلي ، الذي قرأه بحلول عام 1594. ^{[ 2 ] : 5}

مقياس درجة الحرارة الأول بنقطة ثابتة

يُنسب الفضل إلى الطبيب الروماني اليوناني جالينوس في تقديم مفهومين مهمين لتطوير مقياس درجة الحرارة واختراع الترمومتر في نهاية المطاف. أولًا، كانت لديه فكرة إمكانية قياس الحرارة أو البرودة بـ"درجات الحرارة الساخنة والباردة". كما ابتكر درجة حرارة مرجعية ثابتة، وهي عبارة عن مزيج من كميات متساوية من الثلج والماء المغلي، مع أربع درجات حرارة أعلى من هذه النقطة وأربع درجات برودة أدنى منها. في القرن السادس عشر، طوّر الطبيب يوهان هاسلر مقاييس درجة حرارة الجسم استنادًا إلى نظرية جالينوس للدرجات لمساعدته في مزج الكمية المناسبة من الدواء للمرضى. ^{[ 2 ] : 3}

تطورات عصر النهضة المتأخرة

مقياس حراري

في أواخر القرن السادس عشر وأوائل القرن السابع عشر، طوّر العديد من العلماء الأوروبيين، ولا سيما غاليليو غاليلي ^{[ 4 ]} وعالم وظائف الأعضاء الإيطالي سانتوريو سانتوريو [ ^{5 ] ،} أجهزةً تتكون من بصلة زجاجية مملوءة بالهواء، متصلة بأنبوب مملوء جزئيًا بالماء. ومع ارتفاع أو انخفاض درجة حرارة الهواء داخل البصلة، ينخفض ​​أو يرتفع مستوى الماء في الأنبوب، مما يسمح للمراقب بمقارنة الارتفاع الحالي للماء بالارتفاعات السابقة للكشف عن التغيرات النسبية في الحرارة داخل البصلة وفي محيطها المباشر. تُعرف هذه الأجهزة، التي لا تحتوي على مقياس لتحديد قيمة عددية لارتفاع السائل، باسم " الترموسكوب" لأنها توفر مؤشرًا مرئيًا للحرارة المحسوسة (إذ لم يكن المفهوم الحديث لدرجة الحرارة قد ظهر بعد). ^{[ 2 ]}

مقياس حرارة الهواء

الفرق بين المنظار الحراري ومقياس الحرارة هو أن الأخير يحتوي على تدريج. ^{[ 6 ] [ 2 ] : 4}

الترمومتر ليس إلا جهاز قياس حرارة مزودًا بمقياس. ... أقترح اعتبار أن أي "مقياس" يجب أن يحتوي على مقياس أو ما يعادله أمرًا بديهيًا. ... إذا سُلِّم بهذا، فإن مسألة اختراع الترمومتر تصبح أكثر وضوحًا؛ أما مسألة اختراع جهاز قياس الحرارة فتبقى غامضة كما كانت دائمًا.

— ويك ميدلتون، تاريخ الترمومتر واستخدامه في علم الأرصاد الجوية

وبناءً على ذلك، ادعى ميدلتون أن المخترعين المحتملين لمقياس الحرارة هم غاليليو، أو سانتوريو، أو المخترع الهولندي كورنيليس دريبل ، أو عالم الرياضيات البريطاني روبرت فلود . ^{[ 2 ] : 5} على الرغم من أن غاليليو يُقال غالبًا إنه مخترع مقياس الحرارة، إلا أنه لا توجد وثيقة باقية تثبت أنه أنتج بالفعل أي جهاز من هذا القبيل.

نُشر أول رسم تخطيطي واضح لجهاز قياس الحرارة (الثرموسكوب) عام 1617 على يد جوزيبي بيانكاني (1566-1624)؛ ^{[ 2 ] : 10} أما أول جهاز يُظهر مقياسًا، وبالتالي يُشكل ترمومترًا، فكان من تصميم سانتوريو سانتوريو عام 1625. ^{[ 5 ]} كان هذا الجهاز عبارة عن أنبوب رأسي، مغلق بنفخة هواء في الأعلى، ويفتح طرفه السفلي في وعاء ماء. وكان مستوى الماء في الأنبوب يُتحكم فيه عن طريق تمدد وانكماش الهواء، ولذلك كان ما نسميه اليوم ترمومتر الهواء. ^{[ 7 ]}

سكّ الترمومتر

ظهرت كلمة "مقياس حرارة" (بصيغتها الفرنسية) لأول مرة عام 1624 في كتاب "الترفيه الرياضي" لجان لوريشون ، الذي وصف مقياس حرارة بمقياس 8 درجات. ^{[ 8 ]} الكلمة مشتقة من اليونانية القديمة θερμός ( thermós )، وتعني "الدفء"، وμέτρον ( métron )، وتعني "القياس".

مقياس حرارة زجاجي محكم الإغلاق يحتوي على سائل

عانت الأدوات المذكورة أعلاه من عيب كونها أيضًا بارومترات ، أي حساسة لضغط الهواء. في عام 1629، نشر جوزيف سولومون دلميديجو ، تلميذ جاليليو وسانتوريو في بادوا، ما يبدو أنه أول وصف ورسم توضيحي لمقياس حرارة زجاجي مغلق يحتوي على سائل. وُصف بأنه يحتوي على انتفاخ في أسفل أنبوب مغلق مملوء جزئيًا بالبراندي. وكان الأنبوب مزودًا بمقياس مرقم. لم يدّعِ دلميديجو اختراع هذه الأداة، ولم يذكر اسم أي شخص آخر كمخترع لها. ^{[ 9 ]} في حوالي عام 1654، أنتج فرديناندو الثاني دي ميديشي، دوق توسكانا الأكبر (1610-1670)، أداة مماثلة، وهي أول مقياس حرارة حديث يعتمد على تمدد السائل ولا يتأثر بضغط الهواء. ^{[ 8 ]} أجرى العديد من العلماء تجارب على سوائل وتصاميم مختلفة لمقاييس الحرارة. ومع ذلك، كان لكل مخترع ولكل مقياس حرارة خصائصه الفريدة، إذ لم يكن هناك مقياس موحد .

المحاولات المبكرة للتوحيد القياسي

أضافت المحاولات المبكرة للتوحيد القياسي نقطة مرجعية واحدة، مثل نقطة تجمد الماء. ويُقال إن استخدام مرجعين لتدريج الترمومتر قد طُرح من قِبل يواكيم دالنس عام 1668، ^{[ 10 ] : 7-8،} على الرغم من أن كريستيان هويغنز (1629-1695) كان قد اقترح في عام 1665 استخدام تدريجات ​​تستند إلى نقطتي انصهار وغليان الماء كمعايير ^{[ 11 ]} ، وفي عام 1694، اقترح كارلو رينالديني (1615-1698) استخدامها كنقاط ثابتة على مقياس عالمي مُقسّم إلى درجات . ^{[ 12 ] [ 13 ] [ 10 ] : 56.} وفي عام 1701، اقترح إسحاق نيوتن (1642-1726/27) مقياسًا من 12 درجة بين نقطة انصهار الجليد ودرجة حرارة الجسم . ^{[ 10 ] : 57-60}

قياس درجة الحرارة بدقة

في عام 1714، اخترع العالم والمخترع دانيال غابرييل فهرنهايت ميزان حرارة موثوقًا به، مستخدمًا الزئبق بدلًا من مزيج الكحول والماء . وفي عام 1724، اقترح مقياسًا لدرجة الحرارة يحمل اسمه الآن (مع تعديل طفيف) . وفي عام 1742، اقترح أندرس سيلسيوس (1701-1744) مقياسًا تكون فيه درجة الغليان صفرًا ودرجة التجمد 100 درجة، ^{[ 14 ]} مع أن المقياس الذي يحمل اسمه الآن يعكس ذلك. ^{[ 15 ]} وفي عام 1730، اخترع عالم الحشرات الفرنسي رينيه أنطوان فيرشولت دي ريومور ميزان حرارة كحوليًا ومقياسًا لدرجة الحرارة ، لكن تبين في النهاية أنه أقل موثوقية من ميزان حرارة فهرنهايت الزئبقي.

كان هيرمان بورهاف (1668-1738) أول طبيب يستخدم قياسات درجة الحرارة في الممارسة السريرية . ^{[ 16 ]} وفي عام 1866، اخترع السير توماس كليفورد ألبوت (1836-1925) مقياس حرارة سريريًا يُعطي قراءة لدرجة حرارة الجسم في خمس دقائق بدلًا من عشرين دقيقة. ^{[ 17 ]}

كانت جميع موازين الحرارة التقليدية غير مسجلة، أي أنها لا تحتفظ بقراءة درجة الحرارة بعد نقلها إلى مكان ذي درجة حرارة مختلفة. ولتحديد درجة حرارة وعاء من سائل ساخن، كان على المستخدم ترك الميزان في السائل الساخن حتى قراءة القراءة. فإذا أُخرج الميزان غير المسجل من السائل الساخن، فإن درجة الحرارة التي يشير إليها ستتغير فورًا لتعكس درجة حرارة الظروف الجديدة (في هذه الحالة، درجة حرارة الهواء). أما موازين الحرارة المسجلة، فهي مصممة للاحتفاظ بدرجة الحرارة إلى أجل غير مسمى، بحيث يمكن إخراجها وقراءة قراءتها لاحقًا أو في مكان أكثر ملاءمة. وتُصمم موازين الحرارة الميكانيكية المسجلة للاحتفاظ بأعلى أو أدنى درجة حرارة مسجلة حتى تتم إعادة ضبطها يدويًا، مثل هز ميزان حرارة زئبقي زجاجي، أو حتى حدوث درجة حرارة أعلى. ويمكن برمجة موازين الحرارة الإلكترونية المسجلة إما لتخزين أعلى أو أدنى درجة حرارة مسجلة، أو لتسجيل درجة الحرارة عند نقطة زمنية محددة.

تستخدم موازين الحرارة بشكل متزايد الوسائل الإلكترونية لتوفير شاشة عرض رقمية أو إدخال بيانات إلى جهاز الكمبيوتر.

يمكن وصف موازين الحرارة بأنها تجريبية أو مطلقة. تُعاير موازين الحرارة المطلقة عدديًا باستخدام مقياس درجة الحرارة المطلقة الديناميكي الحراري. لا تتطابق قراءات موازين الحرارة التجريبية بالضرورة مع قراءات موازين الحرارة المطلقة، ولكن لكي تُصنّف كموازين حرارة، يجب أن تتفق مع موازين الحرارة المطلقة ومع بعضها البعض على النحو التالي: عند وجود جسمين معزولين في حالتي توازن ديناميكي حراري منفصلتين، تتفق جميع موازين الحرارة على أيهما ذو درجة حرارة أعلى، أو على أن لهما نفس درجة الحرارة. ^{[ 18 ]} بالنسبة لأي ميزاني حرارة تجريبيين، لا يتطلب ذلك أن تكون العلاقة بين قراءاتهما العددية خطية، ولكنه يتطلب أن تكون هذه العلاقة رتيبة تمامًا . ^{[ 19 ]} هذه سمة أساسية لدرجة الحرارة ومقاييس الحرارة. ^{[ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]}

كما هو معتاد في الكتب الدراسية، فإن ما يُسمى بـ" القانون الصفري للديناميكا الحرارية " وحده لا يُقدم هذه المعلومات، لكن صياغة جيمس سيرين للقانون الصفري للديناميكا الحرارية عام 1977، على الرغم من طابعها الرياضي المجرد، تُعد أكثر إفادة في مجال قياس الحرارة: "القانون الصفري - يوجد خط طوبولوجي${\displaystyle M}$والتي تعمل كمتشعب إحداثيات لسلوك المادة. النقاط${\displaystyle L}$من المشعب${\displaystyle M}$تُسمى هذه المستويات "مستويات الحرارة"، و${\displaystyle M}$يُطلق عليه اسم "متعدد الحرارة الكوني". ^{[ 23 ]} يجب إضافة إحساس بزيادة الحرارة إلى هذه المعلومات؛ ويمكن الحصول على هذا الإحساس، بشكل مستقل عن قياس السعرات الحرارية ، والديناميكا الحرارية ، وخصائص المواد المحددة، من قانون إزاحة فين للإشعاع الحراري : تتناسب درجة حرارة حمام الإشعاع الحراري ، بثابت كوني، مع تردد ذروة طيف تردده ؛ هذا التردد موجب دائمًا، ولكنه قد يأخذ قيمًا تقترب من الصفر . وهناك طريقة أخرى لتحديد الظروف الأكثر سخونة مقابل الظروف الأكثر برودة، وهي مبدأ بلانك ، الذي ينص على أنه عندما تكون عملية شغل متساوي الحجم أديباتي هي الوسيلة الوحيدة لتغيير الطاقة الداخلية لنظام مغلق، فإن الحالة النهائية للنظام لا تكون أبدًا أبرد من الحالة الابتدائية؛ باستثناء تغيرات الطور المصحوبة بحرارة كامنة، تكون أسخن من الحالة الابتدائية. ^{[ 24 ] [ 25 ] [ 26 ]}

تُبنى المقاييس الحرارية التجريبية على عدة مبادئ، كما هو موضح في قسم "المقاييس الحرارية الأولية والثانوية" من هذه المقالة. وتعتمد بعض هذه المبادئ أساسًا على العلاقة التكوينية بين حالة مادة معينة مختارة ودرجة حرارتها. بعض المواد فقط مناسبة لهذا الغرض، ويمكن اعتبارها "موادًا حرارية". في المقابل، لا تعتمد القياسات الحرارية الإشعاعية إلا بشكل طفيف على العلاقات التكوينية للمواد. لذا، يمكن اعتبار القياسات الحرارية الإشعاعية "عالمية". ويعود ذلك إلى اعتمادها بشكل أساسي على خاصية عالمية للتوازن الديناميكي الحراري، أي أنها تتميز بخاصية عالمية تتمثل في إنتاج إشعاع الجسم الأسود .

مواد قياس الحرارة

توجد أنواع مختلفة من مقاييس الحرارة التجريبية تعتمد على خصائص المواد.

تعتمد العديد من موازين الحرارة التجريبية على العلاقة التكوينية بين الضغط والحجم ودرجة حرارة المادة المستخدمة في قياس الحرارة. على سبيل المثال، يتمدد الزئبق عند تسخينه.

إذا تم استخدامها لعلاقتها بين الضغط والحجم ودرجة الحرارة، فيجب أن تتمتع المادة الحرارية بثلاث خصائص:

(1) يجب أن يكون تسخينها وتبريدها سريعًا. بمعنى آخر، عندما تدخل كمية من الحرارة إلى جسم المادة أو تخرج منه، يجب أن تتمدد المادة أو تنكمش إلى حجمها النهائي أو تصل إلى ضغطها النهائي، ويجب أن تصل إلى درجة حرارتها النهائية دون أي تأخير تقريبًا؛ يمكن اعتبار جزء من الحرارة الداخلة مُغيرًا لحجم الجسم عند درجة حرارة ثابتة، ويُسمى الحرارة الكامنة للتمدد عند درجة حرارة ثابتة ؛ ويمكن اعتبار الجزء المتبقي مُغيرًا لدرجة حرارة الجسم عند حجم ثابت، ويُسمى الحرارة النوعية عند حجم ثابت . بعض المواد لا تمتلك هذه الخاصية، وتستغرق بعض الوقت لتوزيع الحرارة بين تغير درجة الحرارة وتغير الحجم. ^{[ 27 ]}

(2) يجب أن تكون عمليتا التسخين والتبريد قابلتين للانعكاس. أي أن المادة يجب أن تكون قابلة للتسخين والتبريد بشكل متكرر إلى ما لا نهاية بنفس مقدار الزيادة والنقصان في الحرارة، وأن تعود في كل مرة إلى ضغطها وحجمها ودرجة حرارتها الأصلية. بعض أنواع البلاستيك لا تتمتع بهذه الخاصية؛ ^{[ 28 ]}

(3) يجب أن يكون تسخينه وتبريده متناسبين بشكل منتظم. ^{[ 19 ] [ 29 ]} أي، على امتداد نطاق درجات الحرارة التي يُراد له العمل فيها،

(أ) عند ضغط ثابت معين،

إما (أ) يزداد الحجم عندما ترتفع درجة الحرارة، أو (ب) ينخفض ​​الحجم عندما ترتفع درجة الحرارة؛

لكن ليس (أ) لبعض درجات الحرارة و(ب) لغيرها؛ أو

(ب) عند حجم ثابت معين،

إما (أ) يزداد الضغط عندما تزداد درجة الحرارة، أو (ب) ينخفض ​​الضغط عندما تزداد درجة الحرارة؛

لكن ليس (أ) بالنسبة لبعض درجات الحرارة و (ب) بالنسبة لدرجات حرارة أخرى.

عند درجات حرارة تقارب 4  درجات مئوية، لا يمتلك الماء الخاصية (3)، ويُقال إنه يتصرف بشكل شاذ في هذا الصدد؛ وبالتالي لا يمكن استخدام الماء كمادة لهذا النوع من قياس درجة الحرارة في نطاقات درجات الحرارة القريبة من 4  درجات مئوية. ^{[ 21 ] [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ] [ 33 ]}

أما الغازات، من ناحية أخرى، فلها جميعها الخصائص (1) و(2) و(3)(أ)(α) و(3)(ب)(α). ونتيجة لذلك، فهي مواد مناسبة لقياس درجة الحرارة، ولهذا السبب كانت مهمة في تطوير هذا المجال. ^{[ 34 ]}

يُصنف مقياس الحرارة إلى أولي أو ثانوي بناءً على كيفية ربط الكمية الفيزيائية الخام التي يقيسها بدرجة الحرارة. وكما لخصه كاوبينين وآخرون، "بالنسبة لمقاييس الحرارة الأولية، تكون الخاصية المقاسة للمادة معروفة بدقة كافية بحيث يمكن حساب درجة الحرارة دون أي كميات مجهولة. ومن أمثلة هذه المقاييس تلك التي تعتمد على معادلة حالة الغاز، أو على سرعة الصوت في الغاز، أو على جهد أو تيار الضوضاء الحرارية لمقاوم كهربائي، أو على التباين الزاوي لانبعاث أشعة غاما من نوى مشعة معينة في مجال مغناطيسي ." ^{[ 36 ]}

في المقابل، تُستخدم مقاييس الحرارة الثانوية على نطاق واسع نظرًا لسهولة استخدامها، كما أنها غالبًا ما تكون أكثر حساسية من مقاييس الحرارة الأولية. ولا تكفي معرفة الخاصية المقاسة لحساب درجة الحرارة مباشرةً في مقاييس الحرارة الثانوية، بل يجب معايرتها باستخدام مقياس حرارة أولي عند درجة حرارة واحدة على الأقل أو عند عدد من درجات الحرارة الثابتة. وتحدث هذه النقاط الثابتة، مثل النقاط الثلاثية والانتقالات فائقة التوصيل ، بشكل متكرر عند نفس درجة الحرارة. ^{[ 36 ]}

يمكن معايرة موازين الحرارة إما بمقارنتها بموازين حرارة أخرى معايرة، أو بمقارنتها بنقاط ثابتة معروفة على مقياس درجة الحرارة. وأشهر هذه النقاط الثابتة هي نقطتا انصهار وغليان الماء النقي. (لاحظ أن نقطة غليان الماء تتغير بتغير الضغط، لذا يجب التحكم بها).

كانت الطريقة التقليدية لوضع مقياس على ميزان حرارة زجاجي أو معدني سائل تتم على ثلاث مراحل:

1. قم بغمر جزء الاستشعار في خليط مُحرك من الجليد النقي والماء عند الضغط الجوي وقم بتحديد النقطة المشار إليها عندما وصل إلى حالة التوازن الحراري.
2. قم بغمر جزء الاستشعار في حمام بخار عند الضغط الجوي القياسي وقم بتحديد النقطة المشار إليها مرة أخرى.
3. قسّم المسافة بين هذه العلامات إلى أجزاء متساوية وفقًا لمقياس درجة الحرارة المستخدم.

من بين النقاط الثابتة الأخرى التي استُخدمت سابقًا درجة حرارة الجسم (لرجل بالغ سليم)، والتي استخدمها فهرنهايت في الأصل كنقطة ثابتة عليا ( 96 درجة فهرنهايت (35.6 درجة مئوية) ليكون عددًا يقبل القسمة على 12)، وأدنى درجة حرارة يُعطيها خليط من الملح والثلج، والتي كانت في الأصل تعريفًا لـ 0 درجة فهرنهايت (-17.8 درجة مئوية) . ^{[ 37 ]} (هذا مثال على خليط مُبرّد ). ولأن درجة حرارة الجسم تتغير، فقد تم تغيير مقياس فهرنهايت لاحقًا لاستخدام نقطة ثابتة عليا هي غليان الماء عند 212 درجة فهرنهايت (100 درجة مئوية) . ^{[ 38 ]}      

استُبدلت هذه النقاط الآن بالنقاط المحددة في المقياس الدولي لدرجة الحرارة لعام 1990 ، مع أن نقطة انصهار الماء تُستخدم عمليًا بشكل أكثر شيوعًا من نقطتها الثلاثية، نظرًا لصعوبة التحكم في الأخيرة، وبالتالي اقتصار استخدامها على القياسات المعيارية الدقيقة. يستخدم المصنّعون حاليًا حمامًا حراريًا أو كتلة صلبة تُثبّت فيها درجة الحرارة بالنسبة إلى مقياس حرارة مُعاير. تُوضع مقاييس الحرارة الأخرى المراد معايرتها في نفس الحمام أو الكتلة وتُترك حتى تصل إلى حالة التوازن، ثم يُعلّم المقياس، أو يُسجّل أي انحراف عن مقياس الجهاز. ^{[ 39 ]} بالنسبة للعديد من الأجهزة الحديثة، تعني المعايرة تحديد قيمة تُستخدم في معالجة الإشارة الإلكترونية لتحويلها إلى درجة حرارة.

دقة الترمومتر أو وضوحه تعني ببساطة مدى إمكانية قياس درجة الحرارة بدقة  تصل إلى جزء من الدرجة. في الأعمال التي تتطلب قياس درجات حرارة عالية، قد لا يكون من الممكن القياس إلا لأقرب 10 درجات مئوية أو أكثر. عادةً ما تكون دقة الترمومترات الطبية والعديد من الترمومترات الإلكترونية 0.1  درجة مئوية. بينما يمكن لأجهزة خاصة قياس درجة الحرارة بدقة تصل إلى جزء من ألف من الدرجة. ^{[ 40 ]} مع ذلك، لا تعني هذه الدقة أن القراءة صحيحة أو دقيقة، بل تعني فقط إمكانية ملاحظة تغيرات طفيفة جدًا.

يكون مقياس الحرارة المُعاير عند نقطة ثابتة معروفة دقيقًا (أي يُعطي قراءة صحيحة) عند تلك النقطة. وقد أدى اختراع تقنية قياس درجة الحرارة إلى ابتكار مقاييس درجة الحرارة . ^{[ 41 ]} بين نقاط المعايرة الثابتة، يُستخدم الاستيفاء ، وعادةً ما يكون خطيًا. ^{[ 39 ]} قد يُؤدي ذلك إلى اختلافات كبيرة بين أنواع مختلفة من مقاييس الحرارة عند نقاط بعيدة عن النقاط الثابتة. على سبيل المثال، يختلف تمدد الزئبق في مقياس حرارة زجاجي اختلافًا طفيفًا عن تغير مقاومة مقياس حرارة بلاتيني مقاوم، لذا سيختلف هذان المقياسان اختلافًا طفيفًا عند حوالي 50  درجة مئوية. ^{[ 42 ]} قد تكون هناك أسباب أخرى ناتجة عن عيوب في الجهاز، مثل اختلاف قطر الأنبوب الشعري في مقياس حرارة زجاجي سائل . ^{[ 42 ]}

تُعدّ قابلية التكرار مهمة في العديد من المجالات. بمعنى آخر، هل يُعطي مقياس الحرارة نفسه القراءة نفسها عند درجة الحرارة نفسها؟ (أو هل تُعطي مقاييس حرارة بديلة أو متعددة القراءة نفسها؟). قياس درجة الحرارة القابل للتكرار يعني أن المقارنات صحيحة في التجارب العلمية، وأن العمليات الصناعية متسقة. وبالتالي، إذا تمت معايرة نفس نوع مقياس الحرارة بالطريقة نفسها، فستكون قراءاته صحيحة حتى لو كانت غير دقيقة قليلاً مقارنةً بالمقياس المطلق.

ومن الأمثلة على مقياس الحرارة المرجعي المستخدم للتحقق من مقاييس الحرارة الأخرى وفقًا للمعايير الصناعية مقياس حرارة مقاومة البلاتين المزود بشاشة رقمية بدقة 0.1  درجة مئوية (دقته) والذي تمت معايرته عند 5 نقاط مقابل المعايير الوطنية (-18، 0، 40، 70، 100  درجة مئوية) وهو معتمد بدقة ±0.2  درجة مئوية. ^{[ 43 ]}

وفقًا للمعايير البريطانية ، يمكن لمقاييس الحرارة الزجاجية السائلة، التي تتم معايرتها واستخدامها وصيانتها بشكل صحيح، أن تحقق عدم يقين في القياس يبلغ ±0.01  درجة مئوية في نطاق من 0 إلى 100  درجة مئوية، وعدم يقين أكبر خارج هذا النطاق: ±0.05  درجة مئوية حتى 200 أو حتى -40  درجة مئوية، ±0.2  درجة مئوية حتى 450 أو حتى -80  درجة مئوية. ^{[ 44 ]}

التمدد الحراري

الاستفادة من خاصية التمدد الحراري لمختلف أطوار المادة .

يمكن استخدام أزواج من المعادن الصلبة ذات معاملات تمدد مختلفة في صناعة موازين الحرارة الميكانيكية ثنائية المعدن . ومن التصاميم الأخرى التي تستخدم هذا المبدأ ميزان حرارة بريغيه .

تتميز بعض السوائل بمعاملات تمدد حراري عالية نسبيًا ضمن نطاقات درجات حرارة مفيدة، مما يشكل أساسًا لمقياس حرارة الكحول أو الزئبق . ومن التصاميم البديلة التي تستخدم هذا المبدأ مقياس الحرارة العكسي ومقياس الحرارة التفاضلي من نوع بيكمان .

كما هو الحال مع السوائل، يمكن أيضاً استخدام الغازات لصنع مقياس حرارة غازي .

ضغط

مقياس حرارة ضغط البخار

كثافة

مقياس حرارة غاليليو ^{[ 45 ]}

التغير اللوني الحراري

تُظهر بعض المركبات خاصية تغير اللون بتغير درجة الحرارة عند تغيرات محددة في درجة الحرارة. وبالتالي، من خلال ضبط درجات حرارة التحول الطوري لمجموعة من المواد، يمكن قياس درجة الحرارة بزيادات منفصلة، ​​وهو شكل من أشكال التحويل الرقمي . وهذا هو أساس مقياس الحرارة البلوري السائل .

قياس درجة الحرارة عند حافة النطاق (BET)

تستغل تقنية قياس درجة الحرارة عند حافة النطاق (BET) اعتماد فجوة النطاق في مواد أشباه الموصلات على درجة الحرارة لتوفير قياسات دقيقة للغاية لدرجة الحرارة بصريًا ( أي بدون تلامس). ^{[ 46 ]} تتطلب أنظمة BET نظامًا بصريًا متخصصًا، بالإضافة إلى برامج مخصصة لتحليل البيانات. ^{[ 47 ] [ 48 ]}

إشعاع الجسم الأسود

جميع الأجسام التي تزيد درجة حرارتها عن الصفر المطلق تُصدر إشعاع الجسم الأسود، الذي يتناسب طيفه طرديًا مع درجة الحرارة. هذه الخاصية هي أساس البيرومتر أو مقياس الحرارة بالأشعة تحت الحمراء والتصوير الحراري . يتميز هذا النوع من القياس بإمكانية استشعار درجة الحرارة عن بُعد؛ فهو لا يتطلب التلامس أو حتى الاقتراب، على عكس معظم مقاييس الحرارة. عند درجات حرارة أعلى، يصبح إشعاع الجسم الأسود مرئيًا ويُوصَف بدرجة حرارة اللون . على سبيل المثال، يمكن وصفه بأنه عنصر تسخين متوهج أو تقريب لدرجة حرارة سطح نجم .

التألق

قياس درجة الحرارة بالفوسفور

أطياف الامتصاص الضوئي

مقياس حرارة بالألياف الضوئية

المقاومة الكهربائية

مقياس حرارة مقاوم يستخدم مواد مثل سبيكة بالكو

الثرمستور

مقياس حرارة كولوم للانسداد

الجهد الكهربائي

تعتبر المزدوجات الحرارية مفيدة في نطاق واسع من درجات الحرارة من درجات الحرارة المنخفضة للغاية إلى أكثر من 1000 درجة مئوية، ولكن عادة ما يكون هناك خطأ يتراوح بين ±0.5-1.5 درجة مئوية.

تُستخدم مستشعرات درجة الحرارة ذات فجوة النطاق السيليكونية عادةً في الدوائر المتكاملة مع محول تناظري رقمي (ADC) ^وواجهة مثل I²C . وعادةً ما تُصمم للعمل ضمن نطاق يتراوح بين -50 و150 درجة مئوية بدقة تتراوح بين ±0.25 و1 درجة مئوية ، ولكن يمكن تحسين هذه الدقة من خلال تجميع البيانات . ^{[ 49 ] [ 50 ]}

الرنين الكهربائي

مقياس حرارة كوارتز

الرنين المغناطيسي النووي

يعتمد الانزياح الكيميائي على درجة الحرارة. تُستخدم هذه الخاصية لمعايرة منظم الحرارة لمجسات الرنين النووي المغناطيسي ، عادةً باستخدام الميثانول أو الإيثيلين جليكول . ^{[ 51 ] [ 52 ]} قد يُشكل هذا مشكلةً بالنسبة للمعايير الداخلية التي يُفترض عادةً أن لها انزياحًا كيميائيًا محددًا (مثل 0 جزء في المليون لـ TMS )، ولكنها في الواقع تُظهر اعتمادًا على درجة الحرارة. ^{[ 53 ]}

القابلية المغناطيسية

فوق درجة حرارة كوري ، تُظهر قابلية التمغنط للمادة البارامغناطيسية اعتمادًا عكسيًا على درجة الحرارة. هذه الظاهرة هي أساس جهاز قياس البرودة المغناطيسي . ^{[ 54 ] [ 55 ]}

تستخدم موازين الحرارة مجموعة من التأثيرات الفيزيائية لقياس درجة الحرارة. وتُستخدم مجسات الحرارة في العديد من التطبيقات العلمية والهندسية، وخاصةً أنظمة القياس. وتكون أنظمة قياس درجة الحرارة إما كهربائية أو ميكانيكية في المقام الأول، وأحيانًا تكون جزءًا لا يتجزأ من النظام الذي تتحكم فيه (كما هو الحال في ميزان الحرارة الزئبقي الزجاجي). تُستخدم موازين الحرارة على الطرق في المناطق الباردة للمساعدة في تحديد وجود الجليد. أما في الأماكن المغلقة، فتُستخدم المقاومات الحرارية في أنظمة التحكم في المناخ مثل مكيفات الهواء ، والمجمدات، والسخانات ، والثلاجات ، وسخانات المياه . ^{[ 56 ]} وتُستخدم موازين حرارة غاليليو لقياس درجة حرارة الهواء الداخلي، نظرًا لنطاق قياسها المحدود.

تُستخدم هذه المقاييس الحرارية البلورية السائلة (التي تستخدم البلورات السائلة المتغيرة اللون حرارياً ) أيضاً في خواتم المزاج وتستخدم لقياس درجة حرارة الماء في أحواض الأسماك.

تُستخدم مستشعرات درجة الحرارة ذات شبكة براغ الليفية في محطات الطاقة النووية لمراقبة درجات حرارة قلب المفاعل وتجنب احتمالية حدوث انصهار نووي . ^{[ 57 ]}

طبي

• عادةً ما تكون موازين حرارة الأذن عبارة عن موازين حرارة تعمل بالأشعة تحت الحمراء .
• مقياس حرارة الجبهة هو مثال على مقياس حرارة الكريستال السائل .
• كانت موازين الحرارة الشرجية والفموية تستخدم الزئبق في الغالب ، ولكنها استُبدلت إلى حد كبير منذ ذلك الحين بمقاومات حرارية NTC مزودة بشاشة عرض رقمية. ^{[ 59 ]}

استُخدمت تقنيات قياس الحرارة المختلفة عبر التاريخ، بدءًا من مقياس حرارة غاليليو وصولًا إلى التصوير الحراري. ^{[ 45 ]} تُستخدم مقاييس الحرارة الطبية ، مثل مقاييس الحرارة الزئبقية الزجاجية، ومقاييس الحرارة بالأشعة تحت الحمراء، ومقاييس حرارة الأقراص ، ومقاييس الحرارة البلورية السائلة، في مرافق الرعاية الصحية لتحديد ما إذا كان الأفراد يعانون من الحمى أو انخفاض حرارة الجسم .

• محطة الأرصاد الجوية الآلية في المطار
• أدوات الديناميكا الحرارية
• مقياس الرطوبة#مقياس الرطوبة النفسي (مقياس حرارة البصيلة الرطبة والجافة)

• ميدلتون، دبليو إي كيه (1966). تاريخ الترمومتر واستخدامه في الأرصاد الجوية . بالتيمور: مطبعة جامعة جونز هوبكنز. طبعة معاد طباعتها 2002، رقم ISBN 0-8018-7153-0.
• تاريخ الترمومتر ( مؤرشف بتاريخ 2012-03-02 في أرشيف الإنترنت)
• قياس درجة الحرارة على المستوى النانوي - مراجعة حديثة

• تاريخ درجة الحرارة وقياس الحرارة (تمت أرشفته في 25 فبراير 2008)
• المُعلّم الكيميائي ، المجلد 5، العدد 2 (2000). مؤرشف بتاريخ 10 مارس 2004 في أرشيف الإنترنت. مقياس الحرارة - من الإحساس إلى الأداة.
• قناة التاريخ – الاختراع – الاختراعات والاكتشافات الحديثة البارزة (أرشيف 24 أبريل 2008)
• نبذة – ميزان الحرارة مؤرشف بتاريخ 22-01-2020 في Wayback Machine – موازين الحرارة – التاريخ المبكر، أندرس سيلسيوس، غابرييل فهرنهايت، وتومسون كلفن.
• موازين الحرارة والسوائل الحرارية - الزئبق والكحول.
• مختبر معايرة مقاييس الحرارة الصناعية التابع للمعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) - مؤرشف بتاريخ 22 يوليو 2016 على موقع Wayback Machine
• قياس درجة الحرارة على المستوى النانوي - مراجعة
• تاريخ درجة الحرارة وقياس الحرارة (تمت أرشفته في 25 فبراير 2008)