Vi vet nå at en økning i temperaturen tilsvarer en økning i gjennomsnittlig kinetisk energi av atomer og molekyler. Et resultat av den økte bevegelsen er at gjennomsnittlig avstand mellom atomer og molekyler øker etter hvert som temperaturen øker. Dette fenomenet, kjent som termisk ekspansjon, er grunnlaget for temperaturmåling med flytende termometer.
Vanlige flytende termometre bruker termisk ekspansjon av alkohol begrenset i et glass eller plastrør for å måle temperatur. På grunn av termisk ekspansjon endres alkoholvolumet med temperatur. Termometeret må kalibreres ved å merke de forskjellige væskenivåene når termometeret plasseres i et miljø med en kjent temperatur, for eksempel vannkoking på havnivå.
Forsterkning Øvelse
Bimetalliske Strimler
Ulike materialer vil termisk utvide (eller kontrakt) med ulike mengder når oppvarmet (eller avkjølt). Bimetalliske striper stole på dette fenomenet for å måle temperaturen. Når to forskjellige materialer sitter fast sammen, vil den resulterende strukturen bøyes når temperaturen endres på grunn av den forskjellige termiske ekspansjonen som oppleves av hvert materiale.
Lineær Termisk Ekspansjon
for de fleste vanlige materialer endringen i lengde (
) forårsaket av en endring i temperatur (
) er proporsjonal med den opprinnelige lengden (
) og kan modelleres ved hjelp av den lineære termiske ekspansjonskoeffisienten (
) og følgende ligning:
tabellen nedenfor gir de lineære termiske ekspansjonskoeffisientene for forskjellige faste materialer. Mer ekspansiv (ha!) tabeller kan bli funnet på nettet.
| 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, murstein | ~12 × 10-6 |
| Marmor (gjennomsnitt) | 2.5 × 10-6 |
daglig eksempel
hovedspennet til san franciscos golden gate bridge er 1275 m lang på sitt kaldeste. Broen er utsatt for temperaturer fra -15 °C til 40 °C. hva er endringen i lengden mellom disse temperaturene? Anta at broen er laget av stål.
vi kan bruke ligningen for lineær termisk ekspansjon:
Erstatt alle kjente verdier i ligningen, inkludert den lineære termiske ekspansjonskoeffisienten for stål og innledende og endelige temperaturer:
Selv om ikke stor i forhold til lengden av broen, endringen i lengde på nesten en meter er observerbar og viktig. Termisk ekspansjon kan føre til broer å spenne hvis ikke for inkorporering av hull, kjent som ekspansjonsfuger, i design.
Forsterkningsøvelser
Temperaturenheter
Termometre måler temperatur i henhold til veldefinerte målevekter. De tre vanligste temperaturskalaene er Fahrenheit, Celsius og Kelvin. På Celsius-skalaen er frysepunktet for vann 0 °C og kokepunktet er 100 °C. temperaturenheten på Denne skalaen Er Graden Celsius (°C). Fahrenheit-skalaen (°F) har frysepunktet for vann ved 32 °F og kokepunktet 212 hryvnias F. du kan se at 100 Celsius grader spenner over samme område som 180 Fahrenheit grader. Dermed er en temperaturforskjell på En grad På Celsius-skalaen 1,8 ganger så stor som en forskjell på En grad På Fahrenheit-skalaen, som illustrert av de to øverste skalaene i det følgende diagrammet.
Kelvin-Skalaen
definisjonen av temperatur i form av molekylær bevegelse antyder at det bør være en lavest mulig temperatur, hvor gjennomsnittlig mikroskopisk kinetisk energi av molekyler er null (eller minimum tillatt av kvante natur partiklene). Eksperimenter bekrefter eksistensen av en slik temperatur, kalt absolutt null. En absolutt temperaturskala er en hvis nullpunkt tilsvarer absolutt null. Slike skalaer er praktiske i vitenskapen fordi flere fysiske mengder, som trykket i en gass, er direkte relatert til absolutt temperatur. I tillegg tillater absolutte skalaer oss å bruke temperaturforhold, hvilke relative skalaer ikke gjør det. For eksempel er 200 K to ganger temperaturen på 100 K, men 200 °C er ikke to ganger temperaturen på 100 °C.
Kelvin-skalaen er den absolutte temperaturskalaen som ofte brukes i vitenskapen. SI – temperaturenheten Er Kelvin, som forkortes K (men ikke ledsaget av et gradstegn). Dermed er 0 K absolutt null, noe som tilsvarer -273,15 °C. Størrelsen På Celsius og Kelvin-enheter er satt til å være den samme slik at temperaturforskjeller (
) har samme verdi i Både Kelvin og Grader Celsius. Som et resultat er frysepunktet og kokepunktet for vann i Kelvin-skalaen henholdsvis 273,15 K og 373,15 K, som vist i forrige diagram.
du kan konvertere mellom de ulike temperaturskalaene ved hjelp av ligninger eller ulike samtaleprogrammer, inkludert noen tilgjengelige online.
Forsterkningsøvelse
Temperaturmåling
i tillegg til termisk ekspansjon kan andre temperaturavhengige fysiske egenskaper brukes til å måle temperatur. Slike egenskaper inkluderer elektrisk motstand og optiske egenskaper som refleksjon, utslipp og absorpsjon av forskjellige farger. Lysbasert temperaturmåling vil komme opp igjen i neste kapittel.
- Klinisk Termometer av Menchi via wikimedia Commons ↵
- OpenStax Universitetsfysikk, Universitetsfysikk. OpenStax CNX. 10. mai 2018 http://cnx.org/contents/[email protected]. ↵
- Michiel1972, via wikimedia Commons hryvnias
- «Nettbasert hypotermiinformasjon: en kritisk vurdering Av internett-ressurser og en sammenligning med fagfellevurdert litteratur» av Dr. Eric Christian, Cosmicopia, NASA er i public domain ↵
- Vesentlig innhold i dette kapitlet ble tilpasset Fra OpenStax University Phyiscs som du kan laste ned gratis på http://cnx.org/contents/[email protected]. ↵
et mål på partikkelens gjennomsnittlige kinetiske energi (f. eks. i et objekt, som bestemmer hvor relativt varmt eller kaldt et objekt føles
energi som en kropp besitter i kraft av å være i bevegelse, energi lagret av et objekt i bevegelse
økningen endring i volum av et objekt som følge av en endring i temperatur.
en enhet som måler temperatur
definerer verdiene til et instruments avlesninger ved å sammenligne med en standard
materialegenskap som relaterer brøk endring i lengde oppleves av et objekt på grunn av en enhet endring i temperatur.
en relativ temperaturskala som vanligvis brukes i USA
den vanligste relative temperaturskalaen
SI temperaturenhet
en nedre temperaturgrense som tilsvarer den minste mulige gjennomsnittlige kinetiske energien til atomer og molekyler.et system av fysiske enheter ( SI-enheter ) basert på meter, kilogram, sekund, ampere, kelvin, candela og mol