دمانگار: دستگاه ثبت‌کننده تغییرات دما

دم‌انگار (ترموگراف): دستگاه ثبت‌کنندهٔ تغییرات دما

دم‌انگار چیست و چگونه متولد شد؟

دماسنج به شما می‌گوید الان دما چقدر است، اما هیچ‌گاه به شما نمی‌گوید دیروز در سردترین لحظهٔ شب دما چند درجه بود یا آیا دمای بدن شما در طول یک ساعت گذشته ثابت مانده است؟ اینجاست که نقش دم‌انگار پررنگ می‌شود. این دستگاه، یک ثبت‌کنندهٔ خودکار دما است که تغییرات دما را در یک بازهٔ زمانی مشخص، به صورت یک نمودار یا یک نقشهٔ رنگی ذخیره و نمایش می‌دهد. تصور کنید یک نقاش باشد که به جای قلمو، از حسگر دما استفاده می‌کند و به جای بوم، روی کاغذ یا صفحهٔ دیجیتال، یک «نقشهٔ حرارتی» یا یک «منحنی دما-زمان» می‌کشد.

ایدهٔ ثبت خودکار دما، قدمتی طولانی دارد. در قرن هجدهم، مهندسان و دانشمندان برای بررسی تغییرات آب‌وهوا و دمای کوره‌های صنعتی، به دنبال راهی بودند تا نیازی به نشستن کنار دماسنج و یادداشت‌کردن مداوم اعداد نداشته باشند. این نیاز منجر به اختراع اولین دم‌انگارهای مکانیکی شد. در آن‌ها معمولاً یک حسگر بی‌مَتی[5] (مانند دو فلز چسبیده به هم که با گرم و سرد شدن خم می‌شوند) وجود داشت که یک قلم را روی یک کاغذ که به آهستگی می‌چرخید، حرکت می‌داد. نتیجه، یک خط منحنی بر روی کاغذ بود که بالا و پایین رفتن‌های دما را نشان می‌داد.

انواع دم‌انگار: از قلم و کاغذ تا دوربین مادون قرمز

دم‌انگارها را می‌توان بر اساس تکنولوژی به دو دستهٔ کلی تقسیم کرد:

فرمول ساده‌ای که در پشت بسیاری از اندازه‌گیری‌های دما نهفته است، رابطهٔ بین مقاومت الکتریکی و دما در برخی مواد است (مانند ترمیستور[9]). با افزایش دما، مقاومت این مواد تغییر می‌کند و این تغییر قابل اندازه‌گیری و تبدیل به عدد دما است: $R_T = R_0 [1 + \alpha (T - T_0)]$. در این رابطه، $R_T$ مقاومت در دمای T، $R_0$ مقاومت در دمای مرجع، و $\alpha$ ضریب دمایی مقاومت است.

کاربردهای دم‌انگار: از پیش‌بینی هوا تا نجات جان‌ها

کاربردهای این دستگاه آنقدر گسترده است که شاید هر روز بدون آنکه بدانید، از نتایش بهره می‌برید. در ادامه به برخی از مهم‌ترین این کاربردها اشاره می‌کنیم:

هواشناسی و کشاورزی: ایستگاه‌های هواشناسی از دم‌انگارها برای ثبت دمای کمینه و بیشینه در طول شبانه‌روز استفاده می‌کنند. این داده‌ها برای پیش‌بینی هوا، برنامه‌ریزی کشاورزی (مثلاً پیش‌بینی سرمازدگی باغات) و مطالعات تغییرات اقلیمی حیاتی هستند. یک کشاورز می‌تواند با بررسی نمودار دمای هفتهٔ گذشته، بهترین زمان برای آبیاری یا سم‌پاشی را انتخاب کند.

پزشکی و سلامت: در دوران همه‌گیری بیماری‌هایی مانند کرونا، دوربین‌های تصویربرداری حرارتی در ورودی اماکن پرتردد برای شناسایی سریع افراد دارای تب بالا استفاده شدند. همچنین از دم‌انگارهای پوستی برای بررسی اختلالات گردش خون یا تشخیص برخی التهاب‌ها استفاده می‌شود.

صنعت و ساختمان: اینجا محل درخشش دوربین‌های حرارتی است. تکنسین‌ها با اسکن تابلوهای برق یا موتورهای صنعتی، به راحتی نقاطی که به دلیل اتصال سست یا بار بیش‌ازحد داغ شده‌اند (و ممکن است باعث آتش‌سوزی شوند) را شناسایی می‌کنند. در ساختمان‌سازی نیز از این دوربین‌ها برای پیدا کردن محل‌های هدررفت انرژی (مثل پنجره‌هایی که عایق نیستند یا لوله‌های آب گرمی که بدون عایق‌اند) استفاده می‌شود.

علم و پژوهش: دانشمندان در آزمایشگاه‌های خود برای پایش دقیق شرایط محیطی آزمایش‌ها (مثلاً در کشت میکروبی یا واکنش‌های شیمیایی حساس به دما) از دم‌انگارهای دقیق دیجیتالی استفاده می‌کنند.

چگونه با یک دوربین حرارتی ساده، آزمایش انجام دهیم؟

امروزه اپلیکیشن‌ها و دوربین‌های حرارتی کوچکی وجود دارند که حتی می‌توانند به تلفن همراه متصل شوند. با یکی از این ابزارها می‌توان آزمایش‌های جالبی انجام داد. برای مثال:

آزمایش عایق‌بندی لیوان: سه لیوان یکسان بردارید. در یکی فقط آب سرد، در دیگری آب سرد با یک لایه پشم‌شیشه دور آن، و در سومی آب گرم بریزید. با دوربین حرارتی از آن‌ها عکس بگیرید. خواهید دید که لیوان عایق‌بندی شده، گرمای کمتری به محیط می‌دهد (رنگ آن در تصویر با لیوان سرد بدون عایق متفاوت است). این اصل، اساس عایق‌کاری ساختمان‌هاست.

آزمایش اصطکاک: کف دست خود را به سرعت به روی میز بمالید (مثلاً ۱۰ بار). بلافاصله با دوربین حرارتی به کف دست خود نگاه کنید. منطقه‌ای که مالش داده‌اید، به دلیل تولید گرما در اثر اصطکاک، در تصویر حرارتی گرم‌تر (مثلاً به رنگ نارنجی یا زرد) دیده می‌شود. این یک نمایش ساده از تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی گرمایی است.

اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم

پاورقی

[1] دم‌انگار: معادل فارسی پیشنهادی برای ترموگراف، ترکیب «دما» + «نگار».
[2] Thermograph: از دو بخش Thermo (گرما) و graph (نوشتن/ثبت کردن) تشکیل شده است. دستگاه ثبت کننده تغییرات دما.
[3] مادون قرمز (Infrared): بخشی از طیف الکترومغناطیسی با طول موج بلندتر از نور مرئی که به صورت گرمایی احساس می‌شود.
[4] دماسنج (Thermometer): وسیله‌ای برای اندازه‌گیری دمای لحظه‌ای.
[5] بی‌مَتی (Bimetal): نوار یا صفحه‌ای ساخته شده از دو فلز مختلف که به دلیل ضریب انبساط متفاوت، با تغییر دما خم می‌شود.
[6] ترموکوپل (Thermocouple): حسگر دما که از اتصال دو فلز ناهمجنس ساخته شده و بر اساس اثر سیبک، با تغییر دما ولتاژ بسیار کوچکی تولید می‌کند.
[7] دوربین تصویربرداری حرارتی (Thermal Imaging Camera): دستگاهی که تابش مادون قرمز ساطع شده از اجسام را دریافت و به تصویری مرئی (ترموگرام) تبدیل می‌کند.
[8] ترموگرام (Thermogram): تصویر یا نگاره‌ای که توزیع دما بر روی یک سطح را با استفاده از رنگ‌های کدشده نشان می‌دهد.
[9] ترمیستور (Thermistor): مقاومت الکتریکی که مقاومت آن به شدت و به صورت قابل پیش‌بینی با دما تغییر می‌کند (از ترکیب THERMal و resISTOR).