তাপমাত্রা পরিমাপের বিভিন্ন স্কেল | Different scales of temperature measurement

তাপমাত্রার বিভিন্ন স্কেল হলো সেলসিয়ায় (Celsius), ফারেনহাইট (Fahrenheit) এবং কেলভিন (Kelvin) স্কেল। এদের মধ্যে পারস্পারিক সম্পর্ক নিম্নরূপ : 

\frac{C}{5}=\frac{F-32}{9}=\frac{K-273}{5}

ত্রুটিপূর্ণ থার্মোমিটারের ক্ষেত্রে বরফ বিন্দু M, স্টিম বিন্দু B, তাপমাত্রা S। আবার সেলসিয়াস, ফারেনহাইট এবং কেলভিন স্কেলের প্রকৃত তাপমাত্রা যথাক্রমে C, F এবং K হলে নিম্নের সমীকরণ এই সকল রাশির মধ্যে পারস্পারিক সম্পর্ক স্থাপন করে।

\frac{C}{100}=\frac{K-273.15}{100}=\frac{F-32}{100}=\frac{F-M}{B-M}

তাপমাত্রার স্কেল নির্ধারণের সময় পদার্থের উষ্ণতামিতি ধর্ম কাজে লাগানো হয়। যদি বরফ বিন্দু ও স্টিম বিন্দুর তাপমাত্রা যথাক্রমে ice এবং steam এবং এই দুই তাপমাত্রায় উপরোক্ত কোনো একটি ধর্মের মান যথাক্রমে Xice এবং Xsteam এবং অন্য কোনো তাপমাত্রায় θ-তে ওই ধর্মের মান যদি X হয় এবং মৌলিক ব্যবধানকে Nটি সমান ভাগে বিভক্ত করা হয়, তাহলে ওই তাপমাত্রায় এর মান হবে,

\frac{\theta - \theta_{ice}}{\theta_{steam}-\theta_{ice}}=\frac{X - X_{ice}}{X_{steam}-X_{ice}}

বা, \frac{\theta - \theta_{ice}}{N}=\frac{X - X_{ice}}{X_{steam}-X_{ice}} ———————— (1.1)

সেলসিয়াস স্কেলে তাপমাত্রা (Temperature on Celsius scale):

যে স্কেলে বরফ বিন্দুকে 0° এবং স্টিম বিন্দুকে 100° ধরে মধ্যবর্তী মৌলিক ব্যবধানকে 100 ভাগে ভাগ করা হয় সেই স্কেলকে সেলসিয়াস স্কেল বলে।

\frac{\theta-0^{\circ}C}{100^{\circ}C}=\frac{X - X_{ice}}{X_{steam}-X_{ice}}

বা,\theta=\frac{X - X_{ice}}{X_{steam}-X_{ice}} \times 100

রোধ থার্মোমিটার (Resistance thermometer):

রোধ থার্মোমিটারের ক্ষেত্রে উষ্ণতামিতিক ধর্ম হলো পরিবাহীর রোধ। θ°C, 0°C, 100°C তাপমাত্রায় পরিবাহীর রোধ যথাক্রমে R_{\theta}, R_0, R_{100}হলে তাপমাত্রা,

\theta=\frac{R_{\theta} - R_{0}}{R_{100}-R_{0}} \times 100

ফারেনহাইট স্কেলে তাপমাত্রা (Temperature on the Fahrenheit scale):

এই স্কেলে বরফ বিন্দু 32°C এবং স্টিম বিন্দু 212°C ধরে মৌলিক ব্যবধান 180 ভাগে ভাগ করা হয়। প্রতি 1 ঘরের মান 1°F হয়।

ফারেনহাইট স্কেলে তাপমাত্রা নির্ণয়ের জন্য সমীকরণ 1.1 ব্যবহার করে পাই,

\frac{\theta-32^{\circ}F}{180^{\circ}F}=\frac{X - X_{ice}}{X_{steam}-X_{ice}}

বা, \theta=\frac{X - X_{ice}}{X_{steam}-X_{ice}} \times 180^{\circ}F+32^{\circ}F

এখানে, X_{ice}=32^{\circ}F এবং,X_{steam}=212^{\circ}F

সুতরাং,X_{steam}-X_{ice}=212^{\circ}F-32^{\circ}F=180^{\circ}F

ফারেনহাইট থার্ম‌মিটার দ্বারা মানব দেহের তাপমাত্রা বা জ্বর পরিমাপ করা হয়। এই থার্মোমিটারে 95°F থেকে 110°F পর্যন্ত তাপমাত্রা পরিমাপ করা হয়। একে ডাক্তারি বা ক্লিনিক্যাল থার্মোমিটার বলে। এই থার্মোমিটার দ্বারা মানব দেহের সর্বোচ্চ তাপমাত্রা পরিমাপ করা যায় বলে একে চরম থার্মোমিটার বলে।

স্থির বিন্দু ব্যবহার করে স্কেল নির্ধারণ সংক্রান্ত কয়েকটি রাশি

ধরা যাক কোনো থার্মোমিটারে ব্যবহৃত উষ্ণতামিতি পদার্থের উষ্ণতামিতি ধর্মের মান X যার মান তাপমাত্রা T এর সাথে সুষমভাবে পরিবর্তিত হয়। তাহলে তাপীয় সাম্যাবস্থায় T∝X

বা, T=aX, এখানে a একটি ধ্রুবক।

কোনো থার্মোমিটারে একটি স্থির বিন্দুর তাপমাত্রা Tp -তে কোনো উষ্ণতামিতি পদার্থের উষ্ণতামিতি ধর্মের মান Xp হলে উপরোক্ত সমীকরণে a=\frac{T_p}{X_p} হয়।

সেক্ষেত্রে, T=aX=\frac{T_p}{X_p}X=T_p\frac{X}{X_p}

ত্রৈধবিন্দু (Triple point) :

একটি নির্দিষ্ট চাপে যে তাপমাত্রায় কোনো পদার্থ কঠিন, তরল ও বায়বীয় রূপে সাম্যবস্থায় থাকে তাকে ওই পদার্থের ত্রৈধবিন্দু বলে।

পানির ত্রৈধবিন্দু (Triple point of water) :

4.58 mm পারদ স্তম্ভ চাপে যে তাপমাত্রায় বিশুদ্ধ বরফ, পানি ও জলীয় বাষ্প একটি তাপীয় সাম্যাবস্থায় থাকে তাকে পানির ত্রৈধ বিন্দু বলে। পানির ত্রৈধ বিন্দু T_{tr}=273.16 K

কেলভিন (Kelvin):

তাপমাত্রা বা তাপমাত্রা পরিবর্তনের এস. আই. একক হচ্ছে কেলভিন। পানির ত্রৈধবিন্দুর তাপমাত্রার 1273.16 অংশকে এক কেলভিন 1 K বলে।

তাপমাত্রার তাপগতীয় স্কেল বা পরম স্কেল (Thermodynamic scale or Absolute scale of temperature) :

পানির ত্রৈধবিন্দুর তাপমাত্রাকে 273.16 K এবং এই তাপমাত্রার \frac{1}{273.16} অংশকে এক কেলভিন ধরে তাপমাত্রার যে স্কেলে গণনা করা হয় তাকে তাপগতীয় স্কেল বলে। এই স্কেল পদার্থের প্রকৃতি বা ধর্মের ওপর নির্ভরশীল নয়, কেবল তাপমাত্রার ওপর নির্ভরশীল, তাই একে তাপমাত্রার পরম স্কেলও বলে।

তাপমাত্রার আন্তর্জাতিক স্কেল (International scale of temperature) :

পানির ত্রৈধ বিন্দুর তাপমাত্রাকে 273.16 K এবং ওই তাপমাত্রার \frac{1}{273.16} অংশকে এক কেলভিন ধরে এবং আরো কতগুলো সহজলব্ধ স্থির বিন্দু নির্ধারণ করে আন্তর্জাতিক ওজন ও পরিমাপ সংস্থা তাপমাত্রা পরিমাপের যে ব্যবহারিক স্কেল অনুমোদন করেছেন তাকে তাপমাত্রার আন্তর্জাতিক স্কেল বলে।

কয়েকটি পদার্থের তাপমাত্রার আন্তর্জাতিক স্কেলের জন্য নির্ধারিত স্থির বিন্দু

পদার্থ	অবস্থা	তাপমাত্রা (K)
নিয়ন	ত্রৈধবিন্দু	24.5561
অক্সিজেন	ত্রৈধবিন্দু	54.3584
আর্গন	ত্রৈধবিন্দু	83.8058
পারদ	ত্রৈধবিন্দু	234.3156
পানি	ত্রৈধবিন্দু	273.16
তামা	হিমাঙ্ক	1357.77
সোনা	হিমাঙ্ক	1337.33
রূপা	হিমাঙ্ক	1234.93
অ্যালুমিনিয়াম	হিমাঙ্ক	933.473
দস্তা	হিমাঙ্ক	692.677
টিন	হিমাঙ্ক	505.078