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온도계의 원리와 다양한 온도계의 종류

영국 구글 , 호주 구글 우회접속 방법 @)3 2020. 8. 8. 14:04

온도는 추위나 더위의 정도를 숫자로 나타내는 물리량이다. 일기예보에서 내일 날씨가 덥거나 춥다고만 말한다면, 사람들은 덥고 추운 정도가 다르다고 생각하기 때문에 날씨를 어떻게 준비해야 할지 알기가 어려울 수 있다. 그 외에도 냉동식품 보관이나 빵 굽기, 철강제품 만들기 등 많은 경우, 발열로 신종 플루 여부를 판단할 때 주관적인 감각으로 소통하기가 매우 어렵다. 따라서 온도가 얼마나 뜨겁거나 추운지 나타내는 경우에는 객관적인 지표가 될 수 있습니다.

온도를 정량적으로 측정한 첫 번째 사람은 갈릴레오였다고 한다. 긴 튜브를 가진 작은 구가 따뜻해지면 내부의 공기량이 증가하고 밀도가 감소합니다. 작은 구체가 위를 향하도록 튜브를 물속에 거꾸로 놓으면 외부 온도의 영향으로 튜브 내 공기가 차가워지고 부피가 줄어들어 튜브를 따라 물이 올라간다. 온도에 따라 공기량이 변하는 원리를 이용해 온도를 측정했지만 정확하지 않았다는 얘기다.

온도계가 되려면 온도에 따라 변하는 물리적인 측정이 있어야 한다. 예를 들어, 온도에 따라 볼륨이 변화하거나 온도에 따라 저항이 변화할 경우 온도계를 만들 수 있습니다. 물론 온도를 측정할 수 있을 만큼 변화가 있어야 하고, 온도에 따라 일정 비율로 변화 관계를 설명할 수 있어야 한다.

온도나 체온을 측정하는 온도계는 열팽창을 이용한 일반적인 온도계이다. 물질이 열을 얻으면 부피나 길이가 증가하고 열을 잃으면 부피나 길이가 감소한다. 이 원리를 이용한 온도계는 열팽창 온도계이다. 일반적으로 고체, 액체, 기체 온도계로 분류할 수 있지만 갈릴레오가 만든 최초의 온도계는 열팽창을 이용한 기체 온도계라고 할 수 있다.

주변에서 흔히 볼 수 있는 액체 온도계는 수은이나 붉은 색소가 첨가된 알코올 온도계이다. 액체 온도계는 진공 상태의 얇은 유리 튜브에 놓이는 적절한 양의 수은 또는 알코올이다. 이 온도계가 온도를 측정하기 위해 뜨거운 물에 담그면 열이 뜨거운 물에서 온도계로 전달된다. 이때 열을 얻은 수은이나 알코올의 부피는 열 평형에 도달해 유리관 위로 상승할 때까지 늘어나게 된다. 열평형 상태에 도달하면 온도계 내 액체의 부피는 더 이상 변하지 않으므로 이때 수은이나 알코올의 높이를 읽으면 측정할 물질의 온도가 된다.

액체온도계인 알코올온도계는 수은온도계보다 부피팽창비가 커서 눈금을 판독하기 쉽지만 비등점은 78℃까지 낮고, 고온을 측정하면 유리관벽에 알코올이 달라붙어 눈금을 판독하기 어렵다. 이 알코올 온도계의 단점을 보강하기 위한 수은 온도계이기 때문에 저울이 비교적 정확하다고 볼 수 있지만 저울 간격은 좁다.

그러나 실험실에서 사용되는 온도계는 대개 100°C까지 표시되므로, 온도계의 최대 눈금이 42°C인 이유는 무엇입니까? 42℃ 정도가 열이 날 때 상승할 수 있는 최대 수온이기 때문이다. 정상인의 체온이 41℃가 되면 혼수상태에 빠지고, 체온이 42℃가 되면 몸을 구성하는 단백질이 열에 의해 응고돼 기능을 상실해 사망에 이르게 된다.

 

고체의 열팽창을 이용한 온도계는 종종 바이메탈이라고 불린다. 바이메탈은 온도에 따라 열팽창 계수가 다른 두 금속판으로 이루어진 라미네이트입니다. 전류가 흐르는 동안 발생하는 열의 양에 따라 열팽창계수가 큰 금속에서 열팽창계수가 작은 금속으로 휘어 회로 연결을 끊었다가 냉각되면 회로에 다시 부착해 적정 온도를 유지한다. 다리미 등 온도를 일정하게 유지하는 가전제품에 사용된다.

열전대 또는 저항 온도계는 전기적 특성을 사용하는 온도계이며 유사한 용도로 사용됩니다. 열전대 온도계는 두 개의 서로 다른 금속 도체가 결합되어 폐쇄 회로를 형성할 때 두 금속 사이에 전압이 생성되며, 이 전압의 크기는 온도에 따라 변한다는 사실을 사용합니다. 두 본딩 금속의 종류에 따라 측정 가능한 온도 범위가 달라지며 사용 가능 범위는 -180°C에서 2000°C까지 상당히 넓습니다. 예를 들어, 철과 상탄으로 접합된 열전쌍 온도계는 -184°C ~ 760°C 범위의 온도를 측정할 수 있습니다. 이때 전압 변화는 50mV, Chromel 및 Alumel)이고 온도 측정 범위는 0℃~982℃이며, 이때 전압 변화는 75mV에 해당한다. 냉장고, 에어컨 등 온도가 일정해야 하는 가전제품이나 산업용 애플리케이션에 사용된다고 한다.

저항온도계는 온도에 따라 물질의 저항이 변하는 원리를 이용하여 온도를 측정한다. 금속·합금·반도체는 온도가 높아질수록 금속 등 도체의 저항이 증가하고, 온도가 높아질수록 반도체·절연체의 저항이 감소하는 경향이 있어 적정부위의 온도 측정에 활용된다.

이 저항온도계는 온도 측정 범위가 넓고 고온과 저온 교대로 측정해도 꾸준히 온도를 측정할 수 있는 것이 특징이다. 또한 금속에 자성을 가진 불순물을 첨가하거나 반도체에 불순물을 첨가하여 온도 측정범위를 변경할 수 있다. 예를 들어 자성을 가진 철이온의 0.5% 정도를 도체인 로듐에 추가하면 0.1K의 초저온도를 측정할 수 있는 온도계를 만들 수 있다고 한다.

적외선 온도계는 물질에 의해 방출되는 적외선 방사 에너지가 온도에 따라 변한다는 사실을 이용한다. 모든 물질이 가시광선의 붉은색보다 파장이 긴 적외선(열선)을 방출하고 방사하기 때문이다. 이 온도계는 적외선에너지의 강도를 열로 변환하고 감지하여 온도를 측정하고 이 온도변화를 전자신호로 변환하여 증폭시킨 후 온도를 판독한다. 이 온도계는 접촉 없이 직접 접촉하기 어려운 물체의 온도를 측정할 수 있어 안전하다는 장점이 있고, 재료 접촉온도계처럼 열평형이 이루어질 때까지 기다릴 필요가 없어 온도검출속도가 빠르다는 장점이 있다.유리 산업, 철강 산업, 그리고 병과 유리 섬유를 제조하는 플라스틱 제조 산업에서 고온 재료의 온도를 정확하게 측정합니다. 그렇다면, 태양과 같은 고온의 별의 온도를 어떻게 측정할까요? 특정 온도에서 특정 파장의 색광을 강하게 방출하기 때문에 파장에 따른 별의 색을 이용해 온도를 측정한다. 따라서 노란색의 태양 표면 온도는 약 6000 °C이다.

이밖에도 외부 자기장을 적용할 때 자석 배열도로 온도를 측정하는 자기온도계, 시온염료를 이용한 종이온도계, 온도와 습도를 함께 측정하는 습식 전구온도계 등 다양한 온도계가 있다. 그것은 세계까지 다양한 영역의 온도를 측정한다.

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