vi vet nu att en ökning av temperaturen motsvarar en ökning av den genomsnittliga kinetiska energin hos atomer och molekyler. Ett resultat av den ökade rörelsen är att det genomsnittliga avståndet mellan atomer och molekyler ökar när temperaturen ökar. Detta fenomen, känt som termisk expansion, är grunden för temperaturmätning med flytande termometer.
vanliga flytande termometrar använder termisk expansion av alkohol begränsad i ett glas-eller plaströr för att mäta temperaturen. På grund av termisk expansion ändras alkoholvolymen med temperaturen. Termometern måste kalibreras genom att markera de olika vätskenivåerna när termometern placeras i en miljö med en känd temperatur, såsom vattenkokning vid havsnivå.
Förstärkningsövning
Bimetallremsor
olika material kommer termiskt att expandera (eller kontrahera) med olika mängder vid uppvärmning (eller kylning). Bimetallremsor är beroende av detta fenomen för att mäta temperaturen. När två olika material fastnar ihop kommer den resulterande strukturen att böjas när temperaturen ändras på grund av den olika termiska expansionen som upplevs av varje material.
linjär termisk Expansion
för de vanligaste materialen är längdförändringen (
) orsakad av en temperaturförändring (
) proportionell mot den ursprungliga längden () orsakad av en temperaturförändring () proportionell mot den ursprungliga längden (
) och kan modelleras med hjälp av den linjära termiska expansionskoefficienten (
) och följande ekvation:
Följande tabell innehåller linjära termiska expansionskoefficienter för olika fasta material. Mer expansiv (ha!) tabeller kan hittas 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. |
| betong, tegel | ~12. 10-6. |
| marmor (genomsnitt) | 2,5 10-6 1/td> |
vardagsexempel
huvudspannet i San Franciscos Golden Gate Bridge är 1275 m långt när det är kallast. Bron utsätts för temperaturer som sträcker sig från -15 C C till 40 C C. Vad är dess längdförändring mellan dessa temperaturer? Antag att bron är tillverkad helt av stål.
vi kan använda ekvationen för linjär termisk expansion:
Ersätt alla kända värden i ekvationen, inklusive den linjära termiska expansionskoefficienten för stål och de initiala och slutliga temperaturerna:
Även om den inte är stor jämfört med broens längd, är längdförändringen på nästan en meter observerbar och viktig. Termisk expansion kan få broar att spännas om inte för införlivande av luckor, kända som expansionsfogar, i konstruktionen.
förstärkningsövningar
temperaturenheter
termometrar mäter temperaturen enligt väldefinierade mätskalor. De tre vanligaste temperaturskalorna är Fahrenheit, Celsius och Kelvin. På Celsius-skalan är fryspunkten för vatten 0 C C och kokpunkten är 100 C C. temperaturenheten på denna skala är graden Celsius (C C). Fahrenheit-skalan (ci f) har fryspunkten för vatten vid 32 ci f och kokpunkten 212 ci F. Du kan se att 100 grader Celsius sträcker sig över samma intervall som 180 grader Fahrenheit. Således är en temperaturskillnad på en grad på Celsius-skalan 1,8 gånger så stor som en skillnad på en grad på Fahrenheit-skalan, vilket illustreras av de två översta skalorna i följande diagram.
Kelvin-skalan
definitionen av temperatur i termer av molekylär rörelse antyder att det bör finnas en lägsta möjliga temperatur, där molekylernas genomsnittliga mikroskopiska kinetiska energi är noll (eller det minsta tillåtna av partiklarnas kvantkaraktär). Experiment bekräftar förekomsten av en sådan temperatur, kallad absolut noll. En absolut temperaturskala är en vars nollpunkt motsvarar absolut noll. Sådana skalor är praktiska inom vetenskapen eftersom flera fysiska kvantiteter, såsom trycket i en gas, är direkt relaterade till absolut temperatur. Dessutom tillåter absoluta vågar oss att använda temperaturförhållanden, vilka relativa skalor inte gör det. Till exempel är 200 K dubbelt så hög som 100 K, men 200 CCX är inte dubbelt så hög som 100 CCX.
Kelvin-skalan är den absoluta temperaturskalan som vanligtvis används inom vetenskapen. SI – temperaturenheten är Kelvin, som förkortas K (men inte åtföljs av ett graders tecken). Således är 0 K absolut noll, vilket motsvarar -273,15 C. storleken på Celsius-och Kelvin-enheter är inställd på att vara densamma så att temperaturskillnader (
) har samma värde i både Kelvins och grader Celsius. Som ett resultat är frysnings-och kokpunkterna för vatten i Kelvin-skalan 273,15 K respektive 373,15 K, vilket illustreras i föregående diagram.
Du kan konvertera mellan de olika temperaturskalorna med hjälp av ekvationer eller olika konversationsprogram, inklusive några tillgängliga online.
Förstärkningsövning
temperaturmätning
förutom termisk expansion kan andra temperaturberoende fysikaliska egenskaper användas för att mäta temperaturen. Sådana egenskaper innefattar elektriskt motstånd och optiska egenskaper såsom reflektion, emission och absorption av olika färger. Ljusbaserad temperaturmätning kommer upp igen i nästa kapitel.
- klinisk termometer av menchi via Wikimedia Commons kub
- OpenStax University Physics, University Physics. OpenStax CNX. 10 maj 2018 http://cnx.org/contents/[email protected]. ”webbaserad hypotermiinformation: en kritisk bedömning av Internetresurser och en jämförelse med peer-reviewed litteratur” av Dr.Eric Christian, Cosmicopia, NASA är i det offentliga området Xiaomi
- betydande innehåll i detta kapitel anpassades från OpenStax University Phyiscs som du kan ladda ner gratis på http://cnx.org/contents/[email protected].
ett mått på partiklarnas genomsnittliga kinetiska energi (t. ex., atomer och molekyler) i ett objekt, som bestämmer hur relativt varmt eller kallt ett objekt känns
energi som en kropp besitter genom att vara i rörelse, energi lagrad av ett objekt i rörelse
ökningen förändring i volymen av ett objekt som härrör från en förändring i temperatur.
en enhet som mäter temperatur
definierar värdena för ett instruments avläsningar genom jämförelse med en standard
materialegenskap som relaterar den fraktionella längdförändringen som upplevs av ett objekt på grund av en enhetsändring i temperatur.
en relativ temperaturskala som vanligtvis används i USA
den vanligaste relativa temperaturskalan
si temperaturenhet
en lägre temperaturgräns som motsvarar den minsta möjliga genomsnittliga kinetiska energin hos atomer och molekyler.
ett system med fysiska enheter ( SI-enheter ) baserat på mätaren, kilogram, sekund, ampere, kelvin, candela och mol