nyní víme, že zvýšení teploty odpovídá zvýšení průměrné kinetické energie atomů a molekul. Výsledkem tohoto zvýšeného pohybu je, že průměrná vzdálenost mezi atomy a molekulami se zvyšuje se zvyšující se teplotou. Tento jev, známý jako tepelná roztažnost, je základem pro měření teploty kapalným teploměrem.
Společné tekuté teploměry použití tepelné roztažnosti alkoholu uzavřených ve skleněné nebo plastové trubice k měření teploty. V důsledku tepelné roztažnosti se objem alkoholu mění s teplotou. Teploměr musí být kalibrován označením různých hladin tekutin, když je teploměr umístěn v prostředí se známou teplotou, jako je voda vroucí na hladině moře.
Vyztužení Cvičení
Bimetalové Proužky
Různé materiály tepelně rozšířit (nebo smlouvy) o různé částky při zahřátí (nebo ochladí). Bimetalické proužky spoléhají na tento jev k měření teploty. Když se dva různé materiály jsou slepené dohromady, výsledná struktura bude ohýbat jako změny teploty, vzhledem k různé tepelné roztažnosti zažívají každý materiál.
Lineární Tepelné Roztažnosti
Pro většinu běžných materiálů, změna délky (
) způsobené změnou teploty (
) je úměrná původní délky (
) a může být modelován pomocí lineární koeficient tepelné roztažnosti (
) a následující rovnice:
následující tabulka uvádí koeficienty lineární tepelné roztažnosti pro různé pevné materiály. Více expanzivní (ha!) tabulky lze nalézt online.
| Material | Coefficient of Linear Expansion (1/°C) |
|---|---|
| Solids | |
| Aluminum | 25 × 10−6 |
| Brass | 19 × 10−6 |
| Copper | 17 × 10−6 |
| Gold | 14 × 10−6 |
| Iron or steel | 12 × 10−6 |
| Invar (nickel-iron alloy) | 0.9 × 10−6 |
| Lead | 29 × 10−6 |
| Silver | 18 × 10−6 |
| Glass (ordinary) | 9 × 10−6 |
| Glass (Pyrex®) | 3 × 10−6 |
| Quartz | 0.4 × 10-6 |
| Beton, cihly | ~12 × 10-6 |
| Mramoru (průměr) | 2.5 × 10-6 |
Každodenní Příklad
hlavní span San Francisco je Golden Gate Bridge je 1275 m dlouhý v jeho nejchladnější. Most je vystaven teplotám v rozmezí od -15 °C do 40 °C. jaká je jeho změna délky mezi těmito teplotami? Předpokládejme, že most je vyroben výhradně z oceli.
můžeme použít rovnici pro lineární tepelné roztažnosti:
Nahradit všechny známé hodnoty do rovnice, včetně lineární koeficient tepelné roztažnosti pro ocel a počáteční a konečné teploty:
ačkoli není velký ve srovnání s délkou mostu, změna délky téměř jednoho metru je pozorovatelná a důležitá. Tepelná roztažnost by mohla způsobit, že se mosty připoutají, ne – li pro začlenění mezer, známých jako dilatační spáry, do konstrukce.
Vyztužení Cvičení
Jednotky Teploty
Teploměry měří teplotu podle dobře definované stupnice měření. Tři nejběžnější teplotní stupnice jsou Fahrenheita, Celsia a Kelvina. Na stupnici Celsia je bod tuhnutí vody 0 °C a bod varu je 100 °C. jednotkou teploty na této stupnici je stupeň Celsia (°C). Na Fahrenheit stupnici (°F) bod tuhnutí vody 32 °F a bod varu 212 °F. můžete vidět, že 100 stupňů Celsia span stejném rozsahu jako 180 stupňů Fahrenheita. Teplotní rozdíl o jeden stupeň na stupnici Celsia je tedy 1,8 krát větší než rozdíl o jeden stupeň na stupnici Fahrenheita, jak ilustrují horní dvě stupnice v následujícím diagramu.
Kelvinova Stupnice
definice teplota z hlediska molekulové pohybu naznačuje, že by měla být nejnižší možná teplota, kde průměrná mikroskopické kinetická energie molekul je nulová (nebo minimální povolené kvantové povaze částic). Experimenty potvrzují existenci takové teploty, nazývané absolutní nula. Absolutní teplotní stupnice je ta, jejíž nulový bod odpovídá absolutní nule. Takové váhy jsou ve vědě vhodné, protože několik fyzikálních veličin, jako je tlak v plynu, přímo souvisí s absolutní teplotou. Absolutní stupnice nám navíc umožňují používat poměry teploty, které relativní stupnice nemají. Například, 200 K, je dvakrát na teplotu 100 K, ale 200 °C není dvakrát teplotě 100 °C.
Kelvinova stupnice absolutní teplotní stupnice, která se běžně používá v oblasti vědy. Jednotka teploty SI je Kelvin, který je zkrácen K (ale není doprovázen znaménkem stupně). Tedy 0 K je absolutní nula, což odpovídá -273.15 °C. velikost Celsia a Kelvin jednotky jsou nastaveny na být stejné tak, že rozdíly v teplotě (
) mají stejnou hodnotu v obou Kelvinech a stupních Celsia. Výsledkem je, že body zmrazení a varu vody v Kelvinově stupnici jsou 273,15 K a 373,15 K, jak je znázorněno na předchozím diagramu.
můžete převádět mezi různými teplotními stupnicemi pomocí rovnic nebo různých konverzačních programů, včetně některých dostupných online.
Vyztužení Cvičení
Měření Teploty
kromě tepelné roztažnosti, jiné závislé na teplotě fyzikální vlastnosti mohou být použity k měření teploty. Takové vlastnosti zahrnují elektrický odpor a optické vlastnosti, jako je odraz, emise a absorpce různých barev. Měření teploty na základě světla se objeví znovu v další kapitole.
- klinický teploměr od Menchi přes Wikimedia Commons ↵
- OpenStax University Physics, University Physics. OpenStax CNX. 10. května 2018 http://cnx.org/contents/[email protected]. ↵
- Michiel1972 , prostřednictvím Wikimedia Commons ↵
- „Web-based podchlazení informace: kritické posouzení z Internetových zdrojů a srovnání s peer-review literatury“ Dr. Eric Christian, Cosmicopia, NASA je ve Veřejné Doméně ↵
- Významný obsah v této kapitole byl upraven od OpenStax Univerzitě ekonomických studií, které si můžete stáhnout zdarma na http://cnx.org/contents/[email protected]. ↵
míra průměrné kinetické energie částic (např. atomy a molekuly) v objektu, který určuje, jak relativně teplé nebo studené objekt cítí,
energie, které tělo má na základě bytí v pohybu, energie uložená objekt v pohybu,
zvýšení změna objemu objektu vyplývající ze změny teploty.
zařízení, které měří teplotu
stanovení hodnoty nástrojem hodnoty ve srovnání se standardní
Materiál vlastnost, která se vztahuje frakční změna délky zkušený objektu vzhledem k jednotkové změně teploty.
relativní teplotní stupnice běžně používané v USA.
nejčastější relativní teplotní stupnice
jednotky teploty
dolní hranice teploty, která odpovídá minimální možné průměrná kinetická energie atomů a molekul.
systém fyzikálních jednotek ( SI jednotky ) na základě metr, kilogram, sekunda, ampér, kelvin, kandela, mol,