știm acum că o creștere a temperaturii corespunde unei creșteri a energiei cinetice medii a atomilor și moleculelor. Un rezultat al acestei mișcări crescute este că distanța medie dintre atomi și molecule crește odată cu creșterea temperaturii. Acest fenomen, cunoscut sub numele de expansiune termică este baza pentru măsurarea temperaturii cu termometru lichid.
termometrele lichide obișnuite utilizează expansiunea termică a alcoolului închis într-un tub de sticlă sau plastic pentru a măsura temperatura. Datorită expansiunii termice, volumul alcoolului se schimbă odată cu temperatura. Termometrul trebuie calibrat prin marcarea diferitelor niveluri de lichid atunci când termometrul este plasat într-un mediu cu o temperatură cunoscută, cum ar fi apa care fierbe la nivelul mării.
exercițiu de armare
benzi bimetalice
diferite materiale se vor extinde termic (sau se vor contracta) cu cantități diferite atunci când sunt încălzite (sau răcite). Benzile bimetalice se bazează pe acest fenomen pentru a măsura temperatura. Când două materiale diferite sunt lipite împreună, structura rezultată se va îndoi pe măsură ce temperatura se schimbă datorită dilatării termice diferite experimentate de fiecare material.
dilatare termică liniară
pentru cele mai frecvente materiale, modificarea lungimii (
) cauzată de o modificare a temperaturii (
) este proporțională cu lungimea inițială () și poate fi modelat folosind coeficientul de dilatare termică liniară (
) și următoarea ecuație:
tabelul următor prezintă coeficienții liniari de dilatare termică pentru diferite materiale solide. Mai expansiv (ha!) tabelele pot fi găsite 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 |
| beton, cărămidă | ~12 10-6 |
| marmură (medie) | 2.5 10-6 |
exemplu de zi cu zi
întinderea principală a Podului Golden gate din San Francisco are o lungime de 1275 m la cea mai rece. Podul este expus la temperaturi cuprinse între -15 centimetric C și 40 centimetric C. care este schimbarea sa în lungime între aceste temperaturi? Să presupunem că podul este realizat în întregime din oțel.
putem folosi ecuația pentru dilatarea termică liniară:
înlocuiți toate valorile cunoscute în ecuație, inclusiv coeficientul de dilatare termică liniară pentru oțel și temperaturile inițiale și finale:
deși nu este mare în comparație cu lungimea podului, schimbarea lungimii de aproape un metru este observabilă și importantă. Dilatarea termică ar putea face ca punțile să se îndoaie dacă nu pentru încorporarea golurilor, cunoscute sub numele de îmbinări de dilatare, în proiectare.
exerciții de armare
unități de temperatură
termometrele măsoară temperatura în funcție de scale de măsurare bine definite. Cele mai frecvente trei scale de temperatură sunt Fahrenheit, Celsius și Kelvin. Pe scara Celsius, punctul de îngheț al apei este de 0 centimetric C, iar punctul de fierbere este de 100 centimetric C. Unitatea de temperatură pe această scară este gradul Celsius (Centimetric c). Scara Fahrenheit (XV f) are punctul de inghet al apei la 32 CTF F si punctul de fierbere la 212 CTF F. Se poate observa ca 100 de grade Celsius se intind pe acelasi interval cu 180 de grade Fahrenheit. Astfel, o diferență de temperatură de un grad pe scara Celsius este de 1,8 ori mai mare decât o diferență de un grad pe scara Fahrenheit, așa cum este ilustrat de primele două scale din diagrama următoare.
scara Kelvin
definiția temperaturii în termeni de mișcare moleculară sugerează că ar trebui să existe o temperatură posibilă cea mai scăzută, unde energia cinetică microscopică medie a moleculelor este zero (sau minimul permis de natura cuantică a particulelor). Experimentele confirmă existența unei astfel de temperaturi, numită zero absolut. O scală de temperatură absolută este una al cărei punct zero corespunde zero absolut. Astfel de scale sunt convenabile în știință, deoarece mai multe cantități fizice, cum ar fi presiunea într-un gaz, sunt direct legate de temperatura absolută. În plus, scalele absolute ne permit să folosim rapoarte de temperatură, pe care scalele relative nu le fac. De exemplu, 200 K este de două ori temperatura de 100 K, dar 200 C nu este de două ori temperatura de 100 C.
scara Kelvin este scara de temperatură absolută care este frecvent utilizată în știință. Unitatea de temperatură SI este Kelvin, care este abreviat K (dar nu este însoțit de un semn de grad). Astfel, 0 K este zero absolut, ceea ce corespunde la -273,15 centi C. Dimensiunea Unităților Celsius și Kelvin este setată să fie aceeași, astfel încât diferențele de temperatură (
) au aceeași valoare atât în Kelvin, cât și în grade Celsius. Ca urmare, punctele de îngheț și fierbere ale apei în scara Kelvin sunt de 273,15 K și, respectiv, 373,15 K, așa cum este ilustrat în diagrama anterioară.
puteți converti între diferitele scale de temperatură folosind ecuații sau diverse programe de conversație, inclusiv unele accesibile online.
exercițiu de armare
măsurarea temperaturii
În plus față de expansiunea termică, alte proprietăți fizice dependente de temperatură pot fi utilizate pentru măsurarea temperaturii. Astfel de proprietăți includ rezistența electrică și proprietățile optice, cum ar fi reflexia, emisia și absorbția diferitelor culori. Măsurarea temperaturii pe bază de lumină va apărea din nou în capitolul următor.
- Termometru clinic de Menchi prin Wikimedia Commons
- OpenStax University Physics, University Physics. OpenStax CNX. 10 mai 2018http://cnx.org/contents/[email protected]. „informații despre hipotermie bazate pe web: o evaluare critică a resurselor de pe Internet și o comparație cu literatura evaluată de colegi” de Dr.Eric Christian, Cosmicopia, NASA este în domeniul Public conținutul semnificativ din acest capitol a fost adaptat de la OpenStax University Phyiscs pe care îl puteți descărca gratuit la http://cnx.org/contents/[email protected].
o măsură a energiei cinetice medii a particulelor (de ex., atomi și molecule) într-un obiect, care determină cât de relativ cald sau rece se simte un obiect
energie pe care un corp o posedă în virtutea faptului că este în mișcare, energie stocată de un obiect în mișcare
schimbarea de volum a unui obiect care rezultă dintr-o schimbare de temperatură.
un dispozitiv care măsoară temperatura
definind valorile citirilor unui instrument prin comparație cu un standard
proprietate materială care raportează modificarea fracționată a lungimii experimentată de un obiect datorită unei modificări Unitare a temperaturii.
o scară de temperatură relativă utilizată în mod obișnuit în SUA
cea mai comună scară de temperatură relativă
si unitate de temperatură
o limită inferioară de temperatură corespunzătoare energiei cinetice medii minime posibile a atomilor și moleculelor.
un sistem de unități fizice (unități SI ) bazat pe metru, kilogram, al doilea, amperi, kelvin, candela, și mol