Temperatūra ir jos matavimas

Šioje temoje aptariami įvairūs temperatūros matavimo būdai ir prietaisai, pradedant istoriniais pavyzdžiais ir baigiant šiuolaikiniais termometrais. Taip pat sužinoma, kaip nustatoma šiluminė pusiausvyra, bei susipažįstama su Celsijaus skale ir tiksliu temperatūros apskaičiavimu, naudojant Bolcmano konstantą.

Celsijaus termometras
Buitiniai, dažniausiai skystiniai, termometrai yra vadinami Celsijaus termometrais. Jų skalė sudaroma remiantis dviem atskaitos taškais: tirpstančio ledo temperatūra (\(0 \text{ }^\circ\text{C}\)) ir verdančio vandens temperatūra (\(100 \text{ }^\circ\text{C}\)). Tarpas tarp šių žymų padalijamas į 100 lygių dalių, kur viena dalis atitinka vieną Celsijaus laipsnį (\(1 \text{ }^\circ\text{C}\)). Tačiau šis metodas nėra visiškai tikslus, nes jis priklauso nuo naudojamo skysčio (gyvsidabrio ar alkoholio) plėtimosi savybių, o nulinė temperatūra yra pasirinkta sutartinai.
Celsijaus termometras
Buitiniai termometrai, dažnai vadinami Celsijaus termometrais, paprastai yra skystiniai. Jų skalė sudaroma remiantis dviem atskaitos taškais: tirpstančio ledo (\(0 \text{ }^\circ\text{C}\)) ir verdančio vandens (\(100 \text{ }^\circ\text{C}\)) temperatūromis. Tarpas tarp šių žymų padalijamas į 100 lygių dalių, kur kiekviena dalis atitinka vieną Celsijaus laipsnį. Tačiau šis metodas nėra visiškai tikslus, nes jis priklauso nuo termometrinio skysčio (pvz., gyvsidabrio ar alkoholio) plėtimosi savybių ir remiasi sutartiniu atskaitos tašku (ledo tirpimo temperatūra).
Šiluminė pusiausvyra
Temperatūra matuojama tik nusistovėjus šiluminei pusiausvyrai. Kai karštas ir šaltas kūnai susiliečia, energija perduodama iš karštesnio kūno šaltesniam, kol abiejų kūnų temperatūra susilygina. Šiluminės pusiausvyros būsena apibūdinama pastoviais makroskopiniais dydžiais (temperatūra, slėgis, tūris). Matuojant temperatūrą skystiniu termometru, šiluminė pusiausvyra nusistovi, kai termometrinio skysčio temperatūra susilygina su kūno temperatūra, ir skystis termometro vamzdelyje nustoja plėstis.
Šiluminė pusiausvyra
Temperatūrą galima tiksliai išmatuoti tik nusistovėjus šiluminei pusiausvyrai. Tai būsena, kai susilietusių karšto ir šalto kūnų temperatūros susilygina, o makroskopiniai dydžiai (temperatūra, slėgis, tūris) tampa pastovūs. Matuojant temperatūrą skystiniu termometru, laukiama, kol termometrinio skysčio temperatūra susilygins su kūno temperatūra – tada skystis nustoja plėstis, ir pagal stulpelio aukštį nustatoma temperatūra.
Temperatūra ir jos matavimas
Temperatūros matavimas yra esminis praktikoje, apimantis įvairių objektų, nuo oro iki dangaus kūnų, temperatūros nustatymą. Nors kūno lietimas ranka yra paprastas, bet netikslus metodas, istoriškai buvo sukurti įvairūs prietaisai, pradedant Galilėjaus termometru (be skalės), veikiančiu pagal skysčių tankio kitimą. Šiuolaikiniai termometrai apima skystinius, dujinius, bimetalinius, infraraudonųjų spindulių ir elektroninius variantus, kurių veikimo principai skiriasi. Netgi gamtoje randama reiškinių, rodančių temperatūros pokyčius, pavyzdžiui, kroko žiedo reakcija į temperatūrą.
Temperatūra ir jos matavimas
Temperatūros matavimas yra esminis praktikoje, apimantis įvairių objektų, nuo oro iki dangaus kūnų, temperatūros nustatymą. Nors paprastas lietimas ranka yra subjektyvus ir netikslus, per istoriją sukurti įvairūs termometrai, pradedant Galileo Galilėjaus stikliniu vamzdeliu ir baigiant šiuolaikiniais skystiniais, dujiniais, bimetaliniais, infraraudonųjų spindulių ir elektroniniais termometrais. Kiekvienas termometras veikia skirtingu principu, o gamtoje randami natūralūs „termometrai“, pavyzdžiui, krokas, reaguojantis į temperatūros pokyčius žiedo išsiskleidimu ar susiglaudimu.
Temperatūros formulė
Tiksliai temperatūrą galima apskaičiuoti naudojant formulę, gautą atliekant bandymus su dujomis. Bandymų metu buvo nustatytas ryšys tarp dujų slėgio (\(p\)), tūrio (\(V\)), molekulių skaičiaus (\(N\)) ir temperatūros. Nustatyta, kad santykis \(pV/N\), žymimas \(\theta\), didėja kylant temperatūrai ir yra proporcingas molekulių vidutinei kinetinei energijai. Temperatūra (\(T\)) laipsniais susijusi su \(\theta\) per Bolcmano konstantą (\(k\)): \(T = (pV) / (kN)\). Bolcmano konstanta (\(k = 1,38 * 10^{-23} \text{ J/K}\)) parodo, kiek vidutiniškai pakinta vienos molekulės judėjimo energija, dujų temperatūrai padidėjus vienu laipsniu.
Tikslus temperatūros apskaičiavimas
Tiksliai temperatūrą galima apskaičiuoti naudojant formulę, gautą iš bandymų su dujomis (deguonimi, heliu ir vandeniliu). Bandymų metu buvo matuojamas dujų slėgis ir tūris induose, esančiuose tirpstančiame lede (\(0 \text{ }^\circ\text{C}\)) ir verdančiame vandenyje (\(100 \text{ }^\circ\text{C}\)). Nustatyta, kad \(0 \text{ }^\circ\text{C}\) temperatūroje slėgio (\(p\)) ir tūrio (\(V\)) sandaugos bei molekulių skaičiaus (\(N\)) santykis yra vienodas visoms dujoms (\(\theta\)). Šis dydis didėja kylant temperatūrai ir yra proporcingas molekulių vidutinei kinetinei energijai. Temperatūra (\(T\)) apskaičiuojama pagal formulę: \(T = (pV) / (kN)\), kur \(k\) yra Bolcmano konstanta.

Prisijungti

arba
Real 2
„X“ yra inovatyvi mokymosi platforma, kurios tikslas – teikti aukštos kokybės mokymo medžiagą įvairiausių klasių mokiniams. Patyrusių specialistų parengtas turinys skatina smalsumą, padeda išsamiau ir giliau suprasti mokomus dalykus bei sėkmingai pasiruošti akademiniams iššūkiams.
Atsisiųsk programėlę:
Susisiek su mumis: info@knowledgenestapp.com