we weten nu dat een stijging van de temperatuur overeenkomt met een toename van de gemiddelde kinetische energie van atomen en moleculen. Een gevolg van die verhoogde beweging is dat de gemiddelde afstand tussen atomen en moleculen toeneemt naarmate de temperatuur stijgt. Dit fenomeen, bekend als thermische uitzetting is de basis voor temperatuurmeting door vloeibare thermometer.
gemeenschappelijke vloeistofthermometers gebruiken de thermische uitzetting van alcohol in een glazen of plastic buis om de temperatuur te meten. Door thermische uitzetting verandert het alcoholvolume met de temperatuur. De thermometer moet worden gekalibreerd door de verschillende vloeistofniveaus te markeren wanneer de thermometer wordt geplaatst in een omgeving met een bekende temperatuur, zoals het koken van water op zeeniveau.
Wapeningsoefening
Bimetaalstrips
verschillende materialen zullen thermisch uitzetten (of samentrekken) in verschillende hoeveelheden bij verhitting (of gekoeld). Bimetaal strips vertrouwen op dit fenomeen om de temperatuur te meten. Wanneer twee verschillende materialen aan elkaar worden geplakt, zal de resulterende structuur buigen als de temperatuur verandert als gevolg van de verschillende thermische uitzetting ervaren door elk materiaal.
de Lineaire Thermische Uitbreiding
Voor de meest voorkomende materialen op de verandering in de lengte (
) veroorzaakt door een verandering in temperatuur (
) is evenredig aan de oorspronkelijke lengte (
) en kan worden gemodelleerd met behulp van de lineaire thermische uitzettingscoëfficiënt (
) en de volgende vergelijking:
de volgende tabel geeft de lineaire thermische uitzettingscoëfficiënten voor verschillende vaste materialen. Meer expansieve (ha!) tabellen zijn online te vinden.
| 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, baksteen | ~12 × 10-6 |
| Marmeren (gemiddeld) | 2.5 × 10-6 |
Alledaagse Voorbeeld
De grote overspanning van San Francisco ‘ s Golden Gate Bridge ligt op 1275 m lang op de koudste. De brug wordt blootgesteld aan temperaturen variërend van -15 °C tot 40 °C. Wat is de verandering in lengte tussen deze temperaturen? Neem aan dat de brug volledig van staal is gemaakt.
We kunnen gebruik maken van de vergelijking voor de lineaire thermische uitbreiding:
Vervangen van de bekende waarden in de vergelijking, met inbegrip van de lineaire thermische uitzettingscoëfficiënt van staal en de eerste en laatste temperaturen:
hoewel niet groot in vergelijking met de lengte van de brug, is de verandering in lengte van bijna een meter waarneembaar en belangrijk. Thermische uitzetting kan ervoor zorgen dat bruggen om buckle zo niet voor de integratie van gaten, bekend als uitzettingsvoegen, in het ontwerp.
versterkingsoefeningen
temperatuureenheden
Thermometers meten de temperatuur volgens goed gedefinieerde meetschalen. De drie meest voorkomende temperatuurschalen zijn Fahrenheit, Celsius en Kelvin. Op de Celsius schaal is het vriespunt van water 0 °C en het kookpunt 100 ° C. De eenheid van temperatuur op deze schaal is de graad Celsius (°C). De Fahrenheit-schaal (°F) heeft het vriespunt van water bij 32 °F en het kookpunt 212 °F. je kunt zien dat 100 graden Celsius hetzelfde bereik hebben als 180 Graden Fahrenheit. Zo is een temperatuurverschil van één graad op de schaal van Celsius 1,8 keer zo groot als een verschil van één graad op de schaal van Fahrenheit, zoals wordt geïllustreerd door de bovenste twee schalen in het volgende diagram.
de Kelvinschaal
De definitie van temperatuur in termen van moleculaire beweging suggereert dat er een laagst mogelijke temperatuur moet zijn, waarbij de gemiddelde microscopische kinetische energie van moleculen nul is (of het minimum dat door de kwantumaard van de deeltjes wordt toegestaan). Experimenten bevestigen het bestaan van een dergelijke temperatuur, het absolute nulpunt genoemd. Een absolute temperatuurschaal is een schaal waarvan het nulpunt overeenkomt met het absolute nulpunt. Dergelijke schalen zijn handig in de wetenschap omdat verschillende fysische grootheden, zoals de druk in een gas, direct gerelateerd zijn aan de absolute temperatuur. Bovendien staan absolute schalen ons toe om verhoudingen van temperatuur te gebruiken, die relatieve schalen niet doen. 200 K is bijvoorbeeld tweemaal de temperatuur van 100 K, maar 200 °C is niet tweemaal de temperatuur van 100 °C.
De Kelvin-schaal is de absolute temperatuurschaal die in de wetenschap vaak wordt gebruikt. De SI-temperatuureenheid is de Kelvin, die K wordt afgekort (maar niet vergezeld van een graadteken). 0 K is dus absoluut nul, wat overeenkomt met -273,15 °C. De grootte van Celsius-en Kelvin-eenheden zijn gelijk, zodat verschillen in temperatuur (
) dezelfde waarde hebben in zowel Kelvin Als graden Celsius. Als gevolg hiervan zijn het vriespunt en het kookpunt van het water in de kelvinschaal respectievelijk 273,15 K en 373,15 K, zoals geïllustreerd in het vorige diagram.
u kunt converteren tussen de verschillende temperatuurschalen met behulp van vergelijkingen of verschillende conversatieprogramma ‘ s, waaronder enkele online toegankelijke.
Wapeningsoefening
temperatuurmeting
naast thermische uitzetting kunnen andere temperatuurafhankelijke fysische eigenschappen worden gebruikt om de temperatuur te meten. Dergelijke eigenschappen omvatten elektrische weerstand en optische eigenschappen zoals reflectie, emissie en absorptie van verschillende kleuren. Temperatuurmeting op basis van licht komt in het volgende hoofdstuk weer aan de orde.
- klinische Thermometer door Menchi via Wikimedia Commons ↵
- OpenStax University Physics, University Physics. OpenStax CNX. 10 mei 2018 http://cnx.org/contents/[email protected]. mich
- Michiel1972, via Wikimedia Commons ↵
- “web-based hypothermia information:a critical assessment of Internet resources and a comparison to peer-reviewed literature” door Dr. Eric Christian, Cosmicopia, NASA is in the Public Domain ↵
Een maat voor de gemiddelde kinetische energie van de deeltjes (bijv. atomen en moleculen) in een object, dat bepaalt hoe relatief heet of koud een object voelt
energie die een lichaam bezit doordat het in beweging is, energie die wordt opgeslagen door een object in beweging
de toename van de volumeverandering van een object als gevolg van een verandering in temperatuur.
een apparaat dat temperatuur
meet en de waarden van de meetwaarden van een instrument definieert door vergelijking met een standaard
materiaaleigenschap die de fractionele verandering in lengte van een object als gevolg van een eenheidsverandering in temperatuur relateert.
een relatieve temperatuurschaal die vaak wordt gebruikt in de VS
de meest voorkomende relatieve temperatuurschaal
SI temperatuureenheid
een ondergrens van de temperatuur die overeenkomt met de minimaal mogelijke gemiddelde kinetische energie van atomen en moleculen.
een systeem van fysische eenheden (SI-eenheden ) gebaseerd op de meter, kilogram, seconde, ampère, kelvin, candela en Mol