most már tudjuk, hogy a hőmérséklet növekedése megfelel az atomok és molekulák átlagos kinetikus energiájának növekedésének. Ennek a megnövekedett mozgásnak az az eredménye, hogy az atomok és molekulák közötti átlagos távolság növekszik a hőmérséklet növekedésével. Ez a jelenség, amelyet hőtágulásnak neveznek, a folyékony hőmérővel történő hőmérsékletmérés alapja.
a közös folyékony Hőmérők az üveg vagy műanyag cső belsejében lévő alkohol hőtágulását használják a hőmérséklet mérésére. A hőtágulás miatt az alkohol mennyisége a hőmérséklettel változik. A hőmérőt úgy kell kalibrálni, hogy megjelöli a különböző folyadékszinteket, amikor a hőmérőt ismert hőmérsékletű környezetben helyezik el, például vízforraló tengerszinten.
megerősítési gyakorlat
Bimetál csíkok
a különböző anyagok hővel kibővülnek (vagy összehúzódnak) különböző mennyiségekkel, ha melegítik (vagy hűtik). A bimetál csíkok erre a jelenségre támaszkodnak a hőmérséklet mérésére. Ha két különböző anyag ragad össze, a kapott szerkezet meghajlik, mivel a hőmérséklet változik az egyes anyagok által tapasztalt különböző hőtágulás miatt.
Lineáris hőtágulási
A leggyakoribb anyag a változás hossza (
) által okozott hőmérséklet-változás (
) arányos az eredeti hossz (
) lehet, mely segítségével a lineáris hőtágulási együttható (
) a következő egyenlet:
az alábbi táblázat a különböző szilárd anyagok lineáris hőtágulási együtthatóit tartalmazza. Tágabb (ha!) táblázatok találhatók az interneten.
| 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, tégla | ~12 × 10-6 |
| Márvány (átlagos) | 2.5 × 10-6 |
Mindennapi Példa
A fő tér, a San Franciscó-i Golden Gate Híd 1275 m hosszú, a leghidegebb. A híd -15 °C-tól 40 °C-ig terjedő hőmérsékletnek van kitéve. Tegyük fel, hogy a híd teljesen acélból készül.
használhatjuk az egyenlet lineáris hőtágulási:
Helyettesítő összes ismert értékek az egyenlet, beleértve a lineáris hőtágulási együttható acél, a kezdeti végső hőmérséklet:
bár nem nagy, mint a hossza a híd, a változás hossza közel egy méter megfigyelhető és fontos. Hőtágulás okozhat hidak csat, ha nem a beépítése rések, néven tágulási ízületek,a design.
megerősítési gyakorlatok
hőmérsékleti egységek
Hőmérők a hőmérsékletet jól meghatározott mérési skálák szerint mérik. A három leggyakoribb hőmérsékleti skála a Fahrenheit, a Celsius és a Kelvin. A Celsius-skálán a víz fagyáspontja 0 °C, a forráspont 100 °C. a hőmérsékleti egység ezen a skálán a Celsius fok (°C). A Fahrenheit skála (°F) a víz fagyáspontja 32 °F, a forráspontja 212 °F. láthatjuk, hogy a 100 Celsius fok ugyanakkora tartományban van, mint a 180 Fahrenheit fok. Így a Celsius-skála egy fokos hőmérséklet-különbsége 1,8-szor akkora, mint a Fahrenheit-skála egy fokos különbsége, amint azt a következő diagram két felső skálája szemlélteti.
A Kelvin skála
a hőmérséklet meghatározása a molekuláris mozgás szempontjából azt sugallja, hogy a lehető legalacsonyabb hőmérsékletnek kell lennie, ahol a molekulák átlagos mikroszkopikus kinetikus energiája nulla (vagy a részecskék kvantum jellege által megengedett minimum). A kísérletek megerősítik egy ilyen hőmérséklet létezését, az úgynevezett abszolút nulla. Az abszolút hőmérsékleti skála olyan, amelynek nulla pontja abszolút nullának felel meg. Az ilyen mérlegek kényelmesek a tudományban, mivel több fizikai mennyiség, például a gáz nyomása közvetlenül kapcsolódik az abszolút hőmérséklethez. Ezenkívül az abszolút mérlegek lehetővé teszik a hőmérsékleti arányok használatát, amelyeket a relatív mérlegek nem. Például a 200 K kétszerese a 100 K hőmérsékletnek, de a 200 °C nem kétszerese a 100 °C hőmérsékletnek.
a Kelvin-skála az abszolút hőmérsékleti skála, amelyet általában a tudományban használnak. Az SI hőmérsékleti egység a Kelvin, amely rövidítve K (de nem kíséri fokjel). Így 0 K abszolút nulla, ami -273,15 °C-nak felel meg.a Celsius-és Kelvin-egységek mérete megegyezik, így a hőmérsékletkülönbségek (
) ugyanolyan értékűek mind a Kelvinekben, mind a Celsius-fokokban. Ennek eredményeként a Kelvin-skála vízfagyasztási és forráspontjai 273,15 K, illetve 373,15 K, amint azt az előző ábra szemlélteti.
a különböző hőmérsékleti skálák között egyenletek vagy különféle beszélgetési programok segítségével konvertálhat, beleértve néhány online elérhető programot is.
megerősítési gyakorlat
hőmérsékletmérés
a hőtágulás mellett más hőmérsékletfüggő fizikai tulajdonságok is felhasználhatók a hőmérséklet mérésére. Ilyen tulajdonságok közé tartozik az elektromos ellenállás és az optikai tulajdonságok, mint például a visszaverődés, a kibocsátás és a különböző színek abszorpciója. A fény alapú hőmérsékletmérés ismét megjelenik a következő fejezetben.
- Menchi klinikai hőmérője a Wikimedia Commons ↵
- OpenStax egyetemi fizika, egyetemi fizika segítségével. OpenStax CNX. 2018. május 10. http://cnx.org/contents/[email protected]. ↵
- Michiel1972, via Wikimedia Commons ↵
- “Web-alapú hipotermia információ: az internetes erőforrások kritikus értékelése és a lektorált irodalom összehasonlítása” Dr. Eric Christian, Cosmicopia, a NASA a köztulajdonban van ↵
- ebben a fejezetben a jelentős tartalmat az OpenStax Egyetem Phyiscs-ből adaptálták, amelyet ingyenesen letölthet a http://cnx.org/contents/[email protected]. ↵
a részecskék átlagos kinetikus energiájának mérése (pl., atomok és molekulák) egy tárgyban, amely meghatározza, hogy a viszonylag meleg vagy hideg egy tárgy úgy érzi,
energia, amely a test rendelkezik alapján, hogy a mozgás, az energia által tárolt tárgy mozgás
a térfogatváltozás egy tárgy eredő hőmérséklet-változás.
olyan eszköz, amely méri a hőmérsékletet
a műszer értékeinek meghatározása a standard
Material tulajdonsághoz képest, amely az objektum által a hőmérséklet egységváltozása miatt tapasztalt törthosszváltozást érinti.
az Egyesült Államokban általánosan használt relatív hőmérsékleti skála
a leggyakoribb relatív hőmérsékleti skála
SI hőmérsékleti egység
az atomok és molekulák minimális átlagos kinetikus energiájának megfelelő hőmérséklet alsó határa.
a fizikai egységek ( SI egységek ) rendszere a mérő, kilogramm, második, amper, kelvin, candela és mole