Početna veličina slova
Zamislite kako se tijekom ljetnih mjeseci nalazite pokraj plaže. U jednoj ruci držite bocu hladnog pića, a drugu ruku držite naslonjenu na drvenu klupu koja je zagrijana pod djelovanjem sunčanih zraka tijekom dana. Osjećate kako je klupa znatno toplija od boce koju držite u ruci. Zamijenite ruke i sada rukom u kojoj ste držali bocu dodirnete drvenu klupu. Možete li procijeniti temperaturu?
Drvena klupa sada će vam se činiti mnogo toplijim nego prije, a boca s pićem mnogo hladnija.
Može li čovjek svojim osjetilima precizno odrediti temperaturu nekog tijela?
Upravo s tim našim osjetom za toplo i hladno povezana je fizikalna veličina koja se naziva temperatura. Međutim, ne možemo se zadovoljiti jednim takvim subjektivnim promatranjem. Potrebno je točno definirati pojam temperature i način na koji je možemo mjeriti.
U čvrstim tijelima, tekućinama i plinovima nalaze se čestice ili molekule koje se neprestano gibaju. I upravo o njihovu gibanju ovisi temperatura tijela. Dakle, osim što je temperatura mjera za zagrijanost čvrstog tijela, tekućine ili plina, ona je i mjera za srednju brzinu gibanja čestica ili molekula u njima. Veza termodinamičke temperature i brzine gibanja čestica opširnije je opisana u jedinici 1.8. Molekularna struktura tvari.
Nasumično gibanje molekula plina u zatvorenoj posudi velikim brzinama naziva se termičko gibanje.
Temperatura se označava s
a mjerna jedinica za temperaturu je kelvin
.
Temperatura na kojoj teorijski gotovo nema termičkoga gibanja ili temperatura na kojoj je brzina gibanja molekula bliska nuli naziva se apsolutna nula. U praksi je nemoguće postići temperaturu apsolutnu nulu.
Na američkom NIST-u (Nacional Institute of Standards and Technology) 1994. godine postignuta je najniža temperatura u laboratorijskim uvjetima do tada. Iznosila je ili
U američkom Cambridgeu pokraj Bostona, na svjetski poznatom sveučilištu MIT (Massachusetts Institute of Technology) 2003. godine postignuta je još niža temperatura, čak ili
Kako bismo ispravno mjerili temperaturu, potrebno je pronaći termometrijsko svojstvo koje je promjenjivo s temperaturom. Termometrijsko svojstvo jest svojstvo tvari koje je pogodno za mjerenje temperature različitim vrstama termometara, a dolazi od grčkih riječi therme (toplina) i metria (mjerenje). Termometrija je dio fizike koji se bavi određivanjem ili mjerenjem temperature.
Kad se žica zagrijava, ona se produljuje. Kad se hladi, ona se skraćuje. Slično je i s tekućinama i plinovima.
S promjenom temperature tvarima se mijenjaju različita fizikalna svojstva. Električni otpor mijenja se s temperaturom, boja usijanog metala mijenja se s temperaturom itd. Naravno, osim duljine, mijenjaju se i površina i volumen (obujam) tvari. Neke od tih pojava mogu se iskoristiti za mjerenje temperature.
Naprava za mjerenje temperature naziva se termometar.
Najčešće se koristi termometar sa staklenom cjevčicom (kapilarom) u kojoj je živa ili alkohol.
Najčešća tekućina u takvom termometru jest živa. Sukladno preporukama Europske unije takvi termometri se više ne preporučuju zbog štetnosti žive za okoliš i zdravlje. Danas se za kućnu uporabu uglavnom prodaju alkoholni, digitalni ili drugi ekološki prihvatljivi termometri.
Međutim, to može biti i neka druga tekućina, na primjer etilni alkohol prethodno obojen nekom bojom kako bi se temperatura na skali lakše očitavala. Tekućina koja je u kapilari mora zadovoljavati termometrijska svojstva.
Promjena volumena pri zagrijavanju ili hlađenju te tekućine razmjerna je promjeni temperature pa se ta činjenica može iskoristiti pri baždarenju termometra i podjeli skale. Ovisnost promjene volumena o temperaturi razmatrat ćemo u sljedećim jedinicama. Slično je i s drugim fizikalnim svojstvima, na primjer i promjena električnog otpora razmjerna je promjeni temperature.
Termometri sa staklenom kapilarom često se u kućanstvima upotrebljavaju za mjerenje sobne temperature ili temperature okoline.
Zagrijavanjem se tekućina u maloj posudici pri dnu cjevčice širi, a njezin višak odlazi u cjevčicu. Hlađenjem se vraća u posudicu. Na prethodno baždarenoj skali može se očitati temperatura.
Za mjerenje temperature upotrebljava se i termočlanak. To je vrlo precizan termometar sastavljen od dviju žica različitih materijala.
Zagrijavanjem se na mjestu spoja tih dviju žica pojavi razlika potencijala ili napon koji je izmjerljiv i koji je moguće prikazati na različite načine.
Kako sastaviti jednostavan termočlanak i kako on radi, možemo vidjeti u snimci pokusa.
I termočlanak je moguće baždariti, a iznos temperature najčešće se prikazuje na digitalnom zaslonu pa za takve termometre u svakodnevnom životu upotrebljavamo i naziv digitalni termometri.
Postoje i bimetalni termometri. Glavni dio tih termometara jest bimetal. To su dva metala različitih fizikalnih svojstava, odnosno različitih svojstava termičkog rastezanja i stezanja, koja su spojena u jedan štapić, vrpcu ili spiralu.
Pri zagrijavanju se bimetal zakrivljuje te se postavljanjem kazaljke i baždarene skale mogu mjeriti temperature.
Na animaciji prikazan je bimetal – dvije metalne vrpce različitih termičkih koeficijenata linearnog rastezanja čiji su krajevi spojeni. Jedan kraj bimetalne vrpce zagrijavamo. Što će se dogoditi?
Bimetalna se vrpca savija prema gore. Koji materijal ima veći koeficijent termičkoga linearnog rastezanja?
Što će se dogoditi ako prestanemo zagrijavati bimetal?
Bimetalni termometri često su ugrađeni u kontrolnu ploču nekih teških radnih strojeva. Na nekim starijim modelima štednjaka nalazimo ih na vratima pećnice. Točnost tih termometara nije baš osobita, ali njima se mogu mjeriti prilično visoke temperature.
Temperature izmjerene termometrom mogu se iskazati u različitim temperaturnim ljestvicama. Nama je najpoznatija Celzijeva ljestvica, u kojoj se temperatura označava sa
a izražava se u Celzijevim stupnjevima
Kako bi mjerenje temperature bilo jednoznačno određeno, potrebno je definirati temperaturnu razliku između dviju stalnih temperaturnih točaka. Na taj je način definirana mjera za temperaturu. Osnovni temperaturni razmak jesu točke ledišta i vrelišta vode.
Švedski astronom Anders Celsius (1701. – 1744.) definirao je temperaturnu ljestvicu tako da je temperaturu ledišta vode označio s
a temperaturu vrelišta vode sa
Ljestvicu je podijelio na sto jednakih dijelova, a danas nam je poznata pod nazivom Celzijeva temperaturna ljestvica.
Apsolutna nula, odnosno temperatura od u Celzijevoj temperaturnoj ljestvici iznosi Temperatura iskazana u kelvinima naziva se Kelvinova temperatura ili termodinamička temperatura. Označava se s a mjerna joj je jedinica kelvin ( ).
Veza između termodinamičke i Celzijeve temperature dana je jednadžbom:
Temperaturna ljestvica koja ima praktičnu uporabu u mnogim zemljama svijeta jest i Fahrenheitova temperaturna ljestvica, a veza temperature izražene u Celzijevim i Fahrenheitovim stupnjevima dana je izrazom:
U uporabi su još i Rankineova, Delisleova, Newtonova, Réaumurova i Rømerova temperaturna ljestvica.
Tablica s nekim temperaturama iskazanima u različitim temperaturnim ljestvicama
| Celzijeva | Kelvinova | Fahrenheitova | Delisleova | Rankineova | Réaumurova | Rømerova | Newtonova | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Ledište vode pri normalnom tlaku | ||||||||
| Apsolutna nula | ||||||||
| Temperatura ljudskoga tijela | ||||||||
| Vrelište vode |
Primjer 1.
Temperatura zraka u vašem stanu iznosi
Izrazite tu temperaturu u kelvinima ( ) i Fahrenheitovim stupnjevima
Termodinamička temperatura vašeg stana jest:
Temperatura sobe izažena u Fahrenheitovim stupnjevima jest:
Istražite na internetu informacije o raznim vrstama termometara koji se upotrebljavaju u svakodnevnom životu i pripremite kratko predavanje od
do
minuta. U tu svrhu možete se poslužiti nizom besplatnih alata za izradu ikonografija ili prezentacija, koje možete pronaći na internetu. Popis nekih od zanimljivijih besplatnih alata koje možete istražiti i primijeniti u svojemu radu je na sljedećim linkovima:
Pojmom temperature vrlo se često koristimo u praksi. U mnogim zemljama Europske unije temperatura se izražava u Celzijevim stupnjevima, a u Sjedinjenim Američkim Državama, temperatura se izražava u fahrenheitima. Dobro je poznavati odnos tih dviju temperaturnih ljestvica, iako je vrlo važno znati kako je osnovna jedinica za temperaturu, prema međunarodnom sustavu mjernih jedinica (SI), kelvin. Na internetu postoji mnoštvo različitih alata kojima se mogu usporediti različite vrste temperaturnih ljestvica. Također valja napomenuti kako je danas praktički nezamisliv život bez mjerenja temperature. Izbor dnevne odjeće i obuće, te plan dnevnih aktivnosti vrlo često prilagođavamo dnevnoj temperaturi.
Temperatura se označava s , a mjerna je jedinica za temperaturu .
Temperatura na kojoj teorijski gotovo nema termičkoga gibanja, odnosno temperatura na kojoj je brzina gibanja molekula bliska nuli naziva se . U praksi je postići tu temperaturu.Koje se od navedenih imena ne odnosi ni na jednu od poznatih temperaturnih ljestvica?
Poredajte temperature od najniže prema najvišoj.
