Vi ved nu, at en stigning i temperaturen svarer til en stigning i den gennemsnitlige kinetiske energi af atomer og molekyler. Et resultat af den øgede bevægelse er, at den gennemsnitlige afstand mellem atomer og molekyler stiger, når temperaturen stiger. Dette fænomen, kendt som termisk ekspansion, er grundlaget for temperaturmåling ved hjælp af flydende termometer.
almindelige flydende termometre bruger den termiske udvidelse af alkohol begrænset i et glas-eller plastrør til at måle temperaturen. På grund af termisk ekspansion ændres alkoholvolumenet med temperaturen. Termometeret skal kalibreres ved at markere de forskellige væskeniveauer, når termometeret placeres i et miljø med en kendt temperatur, såsom vand, der koger ved havoverfladen.
Forstærkningsøvelse
bimetalliske strimler
forskellige materialer udvides termisk (eller trækkes sammen) med forskellige mængder, når de opvarmes (eller afkøles). Bimetalliske strimler er afhængige af dette fænomen for at måle temperaturen. Når to forskellige materialer sidder fast sammen, bøjes den resulterende struktur, når temperaturen ændres på grund af den forskellige termiske ekspansion, som hvert materiale oplever.
lineær termisk ekspansion
for de fleste almindelige materialer ændringen i længde (
) forårsaget af en temperaturændring (
) er proportional med den oprindelige længde (
) og kan modelleres ved hjælp af den lineære termiske ekspansionskoefficient (
) og følgende ligning:
følgende tabel giver de lineære termiske udvidelseskoefficienter for forskellige faste materialer. Mere ekspansiv (ha!) tabeller kan findes 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 til 10-6 |
| beton, mursten | ~12 til 10-6 |
| marmor (gennemsnit) | 2.5 liter 10-6 |
hverdagseksempel
hovedspændet på San Franciscos Golden Gate Bridge er 1275 m langt på det koldeste. Broen udsættes for temperaturer fra -15 liter C til 40 liter C. Hvad er dens længdeændring mellem disse temperaturer? Antag at broen udelukkende er lavet af stål.
Vi kan bruge ligningen til lineær termisk ekspansion:
erstatte alle de kendte værdier i ligningen, herunder den lineære termiske ekspansionskoefficient for stål og de indledende og endelige temperaturer:
selvom den ikke er stor sammenlignet med broens længde, er ændringen i længden på næsten en meter observerbar og vigtig. Termisk ekspansion kan få broer til at spænde, hvis ikke til inkorporering af huller, kendt som ekspansionsfuger, i designet.
Forstærkningsøvelser
temperaturenheder
termometre måler temperatur i henhold til veldefinerede måleskalaer. De tre mest almindelige temperaturskalaer er Fahrenheit, Celsius og Kelvin. På Celsius-skalaen er frysepunktet for vand 0 kg C og kogepunktet er 100 kg C. temperaturenheden på denne skala er graden Celsius (kg C). Fahrenheit-skalaen (liter F) har frysepunktet for vand ved 32 liter F og kogepunktet 212 liter F. Du kan se, at 100 Celsius grader spænder over det samme interval som 180 grader Fahrenheit. Således er en temperaturforskel på en grad på Celsius-skalaen 1,8 gange så stor som en forskel på en grad på Fahrenheit-skalaen, som illustreret af de to øverste skalaer i det følgende diagram.
Kelvin-skalaen
definitionen af temperatur med hensyn til molekylær bevægelse antyder, at der skal være en lavest mulig temperatur, hvor molekylernes gennemsnitlige mikroskopiske kinetiske energi er nul (eller det minimum, der er tilladt af partiklernes kvante natur). Eksperimenter bekræfter eksistensen af en sådan temperatur, kaldet absolut nul. En absolut temperaturskala er en, hvis nulpunkt svarer til absolut nul. Sådanne skalaer er praktiske inden for videnskab, fordi flere fysiske mængder, såsom trykket i en gas, er direkte relateret til absolut temperatur. Derudover tillader absolutte skalaer os at bruge temperaturforhold, hvilke relative skalaer ikke gør det. For eksempel er 200 K dobbelt så høj som temperaturen på 100 K, men 200 liter C er ikke to gange temperaturen på 100 liter C.
Kelvin-skalaen er den absolutte temperaturskala, der almindeligvis anvendes i videnskaben. SI-temperaturenheden er Kelvin, som forkortes K (men ikke ledsaget af et gradstegn). Således er 0 K absolut nul, hvilket svarer til -273,15 liter C. størrelsen af Celsius-og Kelvin-enheder er indstillet til at være den samme, så forskelle i temperatur (
) har samme værdi i både Kelvin og grader Celsius. Som følge heraf er frysepunktet og kogepunkterne for vand i Kelvin-skalaen henholdsvis 273,15 K og 373,15 K som illustreret i det foregående diagram.
Du kan konvertere mellem de forskellige temperaturskalaer ved hjælp af ligninger eller forskellige samtaleprogrammer, herunder nogle tilgængelige online.
Forstærkningsøvelse
temperaturmåling
ud over termisk ekspansion kan andre temperaturafhængige fysiske egenskaber bruges til at måle temperaturen. Sådanne egenskaber inkluderer elektrisk modstand og optiske egenskaber såsom refleksion, emission og absorption af forskellige farver. Lysbaseret temperaturmåling vil komme op igen i næste kapitel.
- klinisk termometer af menchi via Commons. OPENSTAKS. Kan 10, 2018 http://cnx.org/contents/[email protected]. “internetbaseret hypotermi information: en kritisk vurdering af internetressourcer og en sammenligning med fagfællebedømt litteratur” af Dr. Eric Christian, Cosmicopia, NASA er i det offentlige domæne Kristian
- væsentligt indhold i dette kapitel blev tilpasset fra Openstaks University Phyiscs, som du kan hente gratis på http://cnx.org/contents/[email protected].
et mål for partiklernes gennemsnitlige kinetiske energi (f. eks. et objekt, der bestemmer, hvor relativt varmt eller koldt et objekt føles
energi, som et legeme besidder i kraft af at være i bevægelse, energi lagret af et objekt i bevægelse
stigningen ændring i volumen af et objekt som følge af en ændring i temperatur.
en enhed, der måler temperatur
definition af værdierne for et instruments aflæsninger i sammenligning med en standard
Materialeegenskab, der relaterer den fraktionerede længdeændring, som et objekt oplever på grund af en enhedsændring i temperatur.
en relativ temperaturskala, der almindeligvis anvendes i USA
den mest almindelige relative temperaturskala
si temperaturenhed
en nedre temperaturgrænse svarende til den mindst mulige gennemsnitlige kinetiske energi af atomer og molekyler.
et system af fysiske enheder (SI-enheder ) baseret på måleren, kilogram, sekund, ampere, kelvin, candela og mol