อุณหภูมิคือคุณสมบัติทางกายภาพของสสาร ที่แสดงปริมาณทางความร้อน และความเย็น หรือระดับของความร้อน หรือความเย็นของวัตถุ เมื่อเราพูดถึงบางสิ่งที่รู้สึกร้อน (เช่นน้ำแกงจืดที่เราดื่มเมื่อไม่สบาย) หรือเย็น (เช่นหิมะโดยเฉพาะถ้าคุณไม่สวมถุงมือ) เมื่อเรากำลังพูดถึงระดับความร้อน ซึ่งหมายถึงเป็นการรวมตัวกันของพลังงานที่มีอยู่ในสสาร ซึ่งเป็นที่มาของการเกิดขึ้นของความร้อน และเกิดการไหลของพลังงานเมื่อร่างกายสัมผัสกับวัตถุอีกสิ่งหนึ่งที่เย็นกว่า
เนื่องจากมนุษย์รับรู้ปริมาณของความร้อน และความเย็นภายในวัตถุได้อย่างง่ายดาย โดยการสัมผัสจึงเป็นที่เข้าใจว่า ระดับความร้อนเป็นคุณลักษณะทางกายภาพ ที่เราเข้าใจได้ง่าย ระดับความร้อนวัดด้วยเทอร์โมมิเตอร์ โดยหน่วยการวัดระดับความร้อนมีหลายหน่วย แต่ที่นิยมใช้มากที่สุดคือองศาเซลเซียส (เขียนย่อ ° C) และฟาเรนไฮต์ (เขียนย่อ ° F) และเคลวิน (เขียนย่อเป็น K) ซึ่งส่วนใหญ่หน่วยเคลวินจะใช้ เพื่อวัตถุประสงค์ทางวิทยาศาสตร์ โดยอนุสัญญาของระบบหน่วยสากล (SI)
ระดับความร้อนทางทฤษฎีต่ำสุดคือ ศูนย์สัมบูรณ์ ซึ่งไม่สามารถดึงพลังงานความร้อนออกจากร่างกาย หรือวัตถุได้อีกต่อไป ในการทดลองสามารถเข้าใกล้ศูนย์สัมบูรณ์ ระดับความร้อนมีความสำคัญในวิทยาศาสตร์ทุกสาขาไม่ว่าจะเป็นฟิสิกส์ เคมี วิทยาศาสตร์ โลก ดาราศาสตร์ การแพทย์ ชีววิทยา นิเวศวิทยา และภูมิศาสตร์ตลอดจนแง่มุมส่วนใหญ่ในชีวิตประจำวัน
ความหมายของอุณหภูมิคือ
ระดับความร้อนที่เราพูดถึงเป็นการพูดอย่างกว้างๆ แต่ถ้าเราต้องการรู้ปริมาณที่แน่นอนในเชิงตัวเลข เราจะวัดด้วยเทอร์โมมิเตอร์ ซึ่งแสดงค่าเป็นปริมาณต่างๆ เป็นตัวเลข ดังนั้นมีความสำคัญในทุกสาขาของวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ รวมถึงฟิสิกส์ เคมี และชีววิทยาตลอดจนแง่มุมต่างๆ ของชีวิตประจำวัน
อุปกรณ์เครื่องมือวัดระดับความร้อนพื้นฐาน ที่กล่าวถึงในที่นี้ คือเทอร์โมคับเปิล อุปกรณ์วัดระดับความร้อนแบบความต้านทาน (RTDs และเทอร์มิสเตอร์) แบบวัดการแผ่รังสีอินฟราเรด อุปกรณ์ Bimetallic เป็นตันดังตัวอย่างต่อไปนี้
เครื่องมือวัดความร้อน
มีการใช้เทอร์โมมิเตอร์ประเภทต่างๆ สำหรับการวัดระดับความร้อน ซึ่งมีหลายชนิดบางชนิดวัดระดับความร้อนจากการสัมผัสกับวัตถุ บางชนิดวัดจากรังสีอินฟราเรด (รังสีความร้อน) ดังนั้น การเลือกเครื่องวัดระดับความร้อนที่เหมาะสมเป็นสิ่งจำเป็น โดยควรเลือกจากย่านการวัด ความเหมาะสมกับการใช้งาน ความแม่นยำ โดยสามารถเลือกดูชนิดของเทอร์โมมิเตอร์ ที่เหมาะสมกับการใช้งานของคุณ
หน่วย และองศาการวัดอุณหภูมิ
การวัดปริมาณความร้อน มีหน่วยวัดอุณหภูมิหลายอย่าง ระบบหน่วยสากล (SI หน่วย) องศาเซนติเกรด (หรือองศาเซลเซียส) เขียนย่อเป็น °C ซึ่งเป็นที่นิยมใช้กันทั่วโลก และยังมีหน่วยเป็นองศาฟาเรนไฮต์ (°F) นิยมใช้กันอยู่ในสหรัฐอเมริกา และประเทศอังกฤษ ยังมีหน่วยการวัดปริมาณความร้อนคือเคลวิน (เราไม่เรียกว่าองศาเคลวิน)
ถูกใช้บ่อยในแวดวงนักวิทยาศาสตร์ ฟิสิกส์ และเรียก 0 เคลวิน ว่าอุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ ซึ่งหมายถึงอะตอมของสสารจะหยุดการเคลื่อนไหว ศูนย์องศาสัมบูรณ์คือจุดที่เย็นที่สุด และระดับพลังงานต่ำสุด ศูนย์สัมบูรณ์มีค่าประมาณลบ -273 องศาเซลเซียส
ระดับความร้อนของวัตถุ ซึ่งมักจะวัดเป็นองศาฟาเรนไฮต์ หรือองศาเซลเซียสบอกเราว่าวัตถุมีความร้อน หรือพลังงานเท่าใด น้ำเดือดมีโมเลกุลที่เคลื่อนไหวอย่างรวดเร็ว และสร้างความร้อนที่เรารู้สึกได้ ในขณะวัตถุที่เย็นกว่าไม่มีพลังงานมาก โมเลกุลของวัตถุที่เย็นจะเคลื่อนที่ช้ากว่ามาก
นักวิทยาศาสตร์มักใช้น้ำ เพื่อเปรียบเทียบระดับความร้อนของสิ่งต่างๆ เพราะเป็นเรื่องง่ายที่จะจำจุดเดือด และจุดเยือกแข็งของน้ำ: น้ำเดือดที่อุณหภูมิ 100 องศาเซลเซียส และเป็นน้ำแข็งที่ศูนย์องศาเซลเซียส แต่ค่อนข้างยากที่จะจำองศาฟาเรนไฮต์ โดยน้ำเดือดที่ 212 องศาฟาเรนไฮต์ และเป็นน้ำแข็งที่ 32 องศาฟาเรนไฮต์
ดูรายละเอียดเพิ่มเติม
ความร้อนกับอุณหภูมิ
อุณหภูมิแตกต่างจากความร้อน ถึงแม้ว่าทั้งสองอย่างจะเชื่อมโยงกัน อุณหภูมิเป็นการวัดพลังงานภายในของวัตถุ ในขณะที่ความร้อนเป็นการวัดว่าพลังงาน ที่ถูกถ่ายโอนวัตถุหนึ่งไปยังอีกวัตถุหนึ่ง ต้องระมัดระวัง เพื่อไม่ให้สับสนระดับความร้อนเป็นพลังงานรูปแบบหนึ่ง ความร้อนเป็นการบอกถึงความร้อนที่แตกต่างระหว่างวัตถุ 2 ชิ้น
เป็นการอธิบายอย่างคร่าวๆ โดยทฤษฎีจลน์ศาสตร์สำหรับก๊าซ และของเหลว ทฤษฎีจลน์ศาสตร์อธิบายว่า ยิ่งปริมาณความร้อนถูกดูดซึมเข้าไปในวัสดุมากเท่าไหร่ อะตอมในวัสดุนั้นก็จะเคลื่อนที่เร็วขึ้น และยิ่งอะตอมเคลื่อนที่เร็วขึ้น อุณหภูมิก็จะยิ่งสูงขึ้น เมื่ออะตอมเริ่มชะลอการเคลื่อนที่วัสดุจะเย็นลง
เซนเซอร์อุณหภูมิ (Temperature Sensor)
จากบทความนี้ในขั้นต้น ได้อธิบายถึงการเคลื่อนที่ของโมเลกุล และอะตอมก่อให้เกิดความร้อน (พลังงานจลน์) และยิ่งการเคลื่อนที่มากเท่าไหร่ความร้อนก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น เซนเซอร์อุณหภูมิ (Temperature Sensor) ตรวจจับระดับความร้อนจะวัดปริมาณพลังงานความร้อน หรือแม้แต่ความเย็นที่สร้างขึ้นโดยวัตถุ หรือระบบทำให้เราสามารถ “รับรู้” หรือตรวจจับการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ ของระดับความร้อนนั้นได้
Thermal Sensor เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ที่วัดระดับความร้อนของสภาพแวดล้อม และแปลงข้อมูลอินพุตเป็นข้อมูลอิเล็กทรอนิกส์ เพื่อบันทึกตรวจสอบ หรือส่งสัญญาณการเปลี่ยนแปลงระดับความร้อน เซนเซอร์อุณหภูมิมีหลายประเภทบางชนิดต้องการการสัมผัส โดยตรงกับวัตถุทางกายภาพที่กำลังตรวจสอบ (แบบสัมผัส) ในขณะที่เซนเซอร์อื่นๆ จะวัดระดับความร้อนของวัตถุทางอ้อม (แบบไม่สัมผัส) เซนเซอร์วัดระดับความร้อนมีให้เลือกหลายประเภท และทั้งหมดมีลักษณะที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับการใช้งานจริง ประเภทของเซ็นเซอร์มีดังต่อไปนี้:
- เทอร์โมสตรัท (Thermostat)
- เทอร์มิสเตอร์ (Thermistor)
- เซ็นเซอร์ RTD
- เทอร์โมคัปเปิล (Thermocouple)
สรุป
อุณหภูมิคือปริมาณความร้อน ความเย็นของวัตถุ โดยหน่วยการวัดมีระบบหน่วยสากล (SI หน่วย) องศาเซนติเกรด (หรือองศาเซลเซียส) เขียนย่อเป็น °C ซึ่งเป็นที่นิยมใช้กันทั่วโลก และยังมีหน่วยอุณหภูมิเป็นองศาฟาเรนไฮต์ (°F) การวัดเชิงปริมาณทำได้โดยใช้เทอร์โมมิเตอร์ ซึ่งมีหลายชนิดได่แก่ ที่นี้คือเทอร์โมคับเปิล อุปกรณ์วัดระดับความร้อนแบบความต้านทาน (RTDs และเทอร์มิสเตอร์) แบบวัดการแผ่รังสีอินฟราเรด อุปกรณ์ Bimetallic