Fizika 7 - 5.2 Temperatura

Kako mjerimo temperaturu?

Temperaturu mjerimo termometrom.

Živin termometar pogodan je za mjerenje temperature zbog pravilnog toplinskog širenja. Živa brzo poprima ravnotežnu temperaturu s tijelom s kojim je u dodiru pri mjerenju temperature. Živin termometar sastoji se od uske zatvorene staklene cjevčice koja je na jednom kraju (na dnu) proširena u obliku čašice, gdje je smještena živa. Cijev je na drugom kraju zatvorena te iznad žive nema zraka.

VAŽNO UPOZORENJE: Živa je vrlo otrovna i nikad se nemojte koristiti živinim termometrom bez nadzora! U slučaju da se termometar razbije i živa iscuri, odmah napustite prostoriju (jer su i živine pare otrovne) te obavijestite roditelje ili nastavnika o tome što se dogodilo! Zbog te opasnosti živini termometri se sve manje upotrebljavaju u kućanstvima i više se uopće ne rabe u osnovnim školama.

Kad mjerimo temperaturu termometrom, živa se zagrijava i ispunjava cjevčicu dok ne poprimi temperaturu ravnotežnu s temperaturom tijela. Temperatura žive jednaka je temperaturi tijela s kojim je termometar u dodiru, jer toplina prelazi s toplijeg tijela na hladnije tijelo.

Toplinsko rastezanje žive i vode. Živa se rasteže pravilno, dok voda ne, zato je živa i pogodna za upotrebu u termometrima.

Ilustracija prikazuje toplinsko rastezanje žive u odnosu na toplinsko rastezanje vode.

Živinim termometrom ne možemo mjeriti temperature niže od $- 39 ° C,$ jer živa na toj temperaturi očvrsne, a ne možemo mjeriti ni izrazito visoke temperature, jer živa vrije na $257 ° C .$

Zanimljivost

Termometar se sužava na prijelazu iz čašice sa živom u cjevčicu. Kad se živa zagrijava, povećava joj se volumen te ona prodire u cjevčicu kroz suženje, ali se ne može vratiti kad se ohladi. Zbog toga možemo očitati tjelesnu temperaturu. Da bismo živu vratili i da bismo mogli ponovno mjeriti temperaturu, potrebno ju je malo protresti.

Živinim termometrom potrebno je oprezno rukovati da se ne razbije i da se živa iz njega ne razlije, zbog otrovnih živinih para koje djeluju na živčani sustav.

Kutak za znatiželjne

Živin termometar kojim mjerimo temperaturu ljudskog tijela ima skalu podijeljenu od $35 ° C$ do $42 ° C,$ a svaki je stupanj podijeljen na deset dijelova. Njega zovemo medicinski termometar. Zašto?

Normalna tjelesna temperatura čovjeka iznosi između $36 ° C$ i $37 ° C .$ Povišena tjelesna temperatura čovjeka u slučaju bolesti iznosi između $38 ° C$ i $40 ° C.$ U slučajevima temperatura viših od $42 ° C$ nastupa gotovo sigurna smrt, kao i u slučaju temperatura nižih od $35 ° C.$

Alkoholni termometar pogodan je za mjerenje nižih temperatura, jer se alkohol ledi na $- 115 ° C .$ Sastoji se od malenog spremnika s alkoholom, u kojemu se alkohol prilikom zagrijavanja širi kroz cjevčicu. Uz cjevčicu je ucrtana skala s vrijednostima temperature.

Kako ispravno mjeriti termometrom?

Temperaturu ispravno očitavamo ako je oko u okomitom položaju u odnosu na mjernu ljestvicu.

Kad očitavamo temperaturu na termometru, potrebno je pripaziti na položaj oka.

$36,7 ° C$

Zanimljivost

U meteorologiji se za mjerenje temperature zraka rabe maksimalni i minimalni termometar.

Maksimalni termometar živin je termometar koji radi na istom principu kao i medicinski termometar. Njime se mjeri maksimalna dnevna temperatura. Svakodnevno meteorološki motritelji bilježe maksimalnu temperaturu dostignutu tijekom toga dana. Nakon 24 sata stresu termometar te razina maksimalne temperature padne i mjerenje se ponavlja.

Minimalni termometar alkoholni je termometar kojim se mjeri minimalna dnevna temperatura. U alkoholu u cjevčici nalazi se mali metalni pokazivač koji površina alkohola povlači za sobom kad se temperatura spušta. Kad temperatura raste, alkohol se širi i prolazi kroz metalni pokazivač, jer je on napravljen tako da tekućina prolazi mimo njega. Metalni pokazivač ostaje na mjestu koje odgovara najnižoj temperaturi. Meteorološki motritelj nakon očitavanja minimalne temperature nagne termometar te metalni pokazivač otkliže do površine alkohola u cjevčici.

Digitalni termometar radi na principu promjene električnog otpora metala pri promjeni temperature. Koristan je za mjerenje širokog raspona temperatura od $- 200 ° C$ do $1 000 ° C,$ kao i za mjerenje malih temperaturnih promjena.

Celzijeva temperaturna ljestvica

Zanimljivost

Anders Celsius (1701.-1744.) švedski je astronom i fizičar iz 18. stoljeća. Proučavao je polarnu svjetlost i povezao ju je sa Zemljinim magnetskim poljem. Njegov je najveći doprinos znanosti temperaturna ljestvica temeljena na ledištu i vrelištu vode.

Švedski astronom Celsius podijelio je razmak između položaja žive na temperaturi ledišta i vrelišta vode na stotinu jednakih dijelova. Odredio je razinu žive u cjevčici kad se termometar nalazi u smjesi leda i vode i taj položaj odgovara ledištu vode. Nakon toga, drugi je položaj odredio kad je cjevčicu sa živom stavio nad površinu vode koja vrije. Taj položaj odgovara vrelištu vode. Ta dva položaja odabrao je kao temelje za izradu ljestvice, jer ih je mogao dugo održati stalnima. Podijelio je udaljenost između tih dvaju položaja na stotinu jednakih dijelova, te se po njemu stoti dio tog razmaka naziva 1 Celzijev stupanj $(1 ° C) .$

Ta mjerna ljestvica naziva se Celzijeva temperaturna ljestvica. Stupnjevi se nastavljaju iznad vrelišta i ispod ledišta vode, gdje imaju negativni predznak.

Celzijev stupanj $(° C)$ mjerna je jedinica temperature koja se najčešće primjenjuje u medicini, meteorologiji i svakodnevnom životu. Kad temperaturu iskazujemo u Celzijevim stupnjevima, označavamo je oznakom $t .$

Npr. $t = 30 ° C.$

Kelvinova temperaturna ljestvica

Zanimljivost

William Thomson (1824.-1907.), poznat i kao lord Kelvin, škotski je matematičar i fizičar. Za svoja je znanstvena dostignuća dobio titulu lorda Kelvina. Najpoznatiji je po uvođenju ljestvice apsolutne temperature, koju zovemo prema njemu. Ljestvicu je predložio 1848. godine, a osnovna joj je prednost to što je neovisna o fizičkim svojstvima bilo koje tvari.

Kelvinova temperaturna ljestvica počinje na temperaturi apsolutne nule, na kojoj zamišljamo da prestaje sve gibanje molekula. Temperaturni stupanj Kelvinove ljestvice naziva se kelvin i označavamo ga s $K,$ a temperaturu iskazanu u kelvinima oznakom $T$ .

Npr. $T = 303 K.$

Apsolutnoj nuli odgovara temperatura od $- 273 ° C .$

$0 K = - 273 ° C$

Razlika susjednih stupnjeva Kelvinove ljestvice jednaka je razlici susjednih stupnjeva kod Celzijeve ljestvice i zbog toga je preračunavanje iz jedne ljestvice u drugu jednostavno.

Temperaturu u kelvinima označavamo oznakom $T$ , a temperaturu u Celzijevim stupnjevima označavamo oznakom $t$ i vrijedi veza

$\frac{T}{K} = 273 + \frac{t}{° C} .$

Kelvinova i Celzijeva temperaturna ljestvica

Odredimo temperaturu ledišta i vrelišta vode u kelvinima.

Ledište vode:

$\begin{array}{l} t_{1} = 0 ° C, T_{1} = 273 K + 0 ° C = 273 K \end{array} .$

Vrelište vode:

$t_{2} = 100 ° C, T_{2} = 273 K + 100 ° C= 373 K .$

Preračunajmo mjerne jedinice temperature.

Iskažite u Celzijevim stupnjevima:

$342 K =$ $° C$
$1 700 K=$ $° C$
$25 K=$ $° C$
$5 000 K=$ $° C$
Iskažite u kelvinima:
$34 ° C=$ $K$
$- 27 ° C=$ $K$
$480 ° C=$ $K$

null

null
$- 4 ° C=$ $K$

null

null

Zadatak 1.

Očitajte temperature s termometara na slici:

Termometar pokazuje temperaturu u Celzijevim stupnjevima.

Zadatak 2.

$t_{1} = - 6 ° C$

$t_{2} = 2 ° C$

$t_{3} = 16 ° C$

$t_{4} = 29 ° C$

Promjena temperature izražena različitim mjernim jedinicama jednaka je.

Ako se nekome tijelu temperatura povisila s $20 ° C$ na $32 ° C,$ tada je razlika temperature

$Δ t = 32 ° C - 20 ° C= 12 ° C.$

Ako izrazimo tu temperaturu u kelvinima, onda se tijelu temperatura povisila s $293 K$ na $305 K$ . Tada je razlika temperature

$Δ T = 305 K - 293 K= 12 K.$

Vrijedi da je $Δ t = T Δ,$ odnosno promjene temperature su jednake.

Zadatak 3.

Temperatura zraka u Zadru iznosi $16 ° C,$ a temperatura u Osijeku iznosi $- 2 ° C .$ Kolika je razlika temperature između Zadra i Osijeka iskazana u Celzijevim stupnjevima i kelvinima?

$t_{z} = 16 ° C, T_{z} = 289 K$

$t_{o} = - 2 ° C, T_{o} = 271 K$

$\begin{array}{l} Δ t = t_{z} - t_{o} = 16 ° C - (- 2 ° C)= 16 ° C + 2 ° C = 18 ° C \end{array}$

$Δ T = T_{z} - T_{o} = 289 K - 271 K = 18 K$

Praktična vježba

Uz pomoć laboratorijskog alkoholnog termometra odredite temperaturu učionice i svoje vlastite ruke.

Izrazite temperature u kelvinima i odredite temperaturnu razliku.

Pripazite da rukom ne držite prošireni dio termometra, a pri očitavanju pazite da gledate okomito na mjernu ljestvicu.

Kutak za znatiželjne

Temperaturna ljestvica koja se danas često rabi u SAD-u zove se Fahrenheitova ljestvica. Tu je ljestvicu 1724. godine osmislio njemački fizičar Gabriel Fahrenheit. Stupnjeve izmjerene na Fahrenheitovoj termometarskoj ljestvici označavamo oznakom $° F .$

Preračunavati Fahrenheitove stupnjeve u Celzijeve stupnjeve možemo s pomoću izraza

$t (° C) = \frac{5}{9} \cdot (t (° F) - 32) .$

Izračunajmo ledište vode u Fahrenheitovim stupnjevima.

$t (° C) = \frac{5}{9} \cdot (t (° F) - 32)$

$0 ° C = \frac{5}{9} \cdot (t - 32) / \cdot 9$

$0 = 5 \cdot (t - 32)$

$0 = 5 \cdot t - 160$

$160 = 5 t$

$t = \frac{160}{5}$

$t = 32 ° F$

Ledište vode je na $0 ° C,$ $273 K,$ odnosno $32 ° F .$

Zanimljivost

Najniža temperatura zraka u Hrvatskoj izmjerena je 13. siječnja 2003. u Gračacu i iznosila je $-34,6 °C .$

Najviša temperatura zraka u Hrvatskoj izmjerena je 4. kolovoza 1981. u Pločama i iznosila je $42,8 °C .$

Najniža temperatura zraka na Zemlji izmjerena je u Wostoku na Antarktici ( $-89,2 °C$ ) i to mjesto nosi titulu najhladnijeg mjesta na svijetu.

Najviša temperatura zraka na Zemlji izmjerena je u Dolini smrti u Californiji 1913. godine i iznosila je $56,7 ° C .$

Temperatura u središtu Sunca iznosi oko $15 000 000 000 ° C,$ a na površini Sunca temperature su oko $5 500 ° C .$

U prirodi se tijela nalaze u tri agregacijska stanja.

Tijela u čvrstom stanju imaju stalan oblik i volumen. Čestice od kojih su građena tijela u čvrstom stanju vezane su jakim vezama. Ipak, čestice u tom čvrstom stanju titraju oko zamišljenog ravnotežnog položaja i možemo ih zamisliti kao male elastične opruge.

Tijela u tekućem stanju nemaju stalan oblik, ali imaju stalan volumen. Čestice u tijelima tekućeg stanja blizu su jedna drugoj i neprestano se gibaju u svim smjerovima.

Plinovi nemaju stalan oblik niti volumen. Čestice u njima gibaju se u svim smjerovima.

Zagrijavajući tijela u svim agregacijskim stanjima predajemo energiju česticama te se povećava njihova kinetička energija.

Projekt

Ulijte u laboratorijsku čašu $100 mL$ vode i zagrijavajte je na plamenu $1$ svijeće. Bitno je da čaša bude vatrostalna kako bi se spriječilo njezino pucanje, a čaša se u pravilu zagrijava preko zaštitne mrežice.

Termometrom mjerite temperaturu vode svake minute.

Obavite minimalno $5$ mjerenja.
Nacrtajte na papiru graf ovisnosti promjene temperature o vremenu.

$25 ° C$
$- 47 ° C$
$25 ° C$
$25 ° C$
$63 K$

5.2 Temperatura

Na početku...

Kako mjerimo temperaturu?

Zanimljivost

Kutak za znatiželjne

Kako ispravno mjeriti termometrom?

Zanimljivost

Celzijeva temperaturna ljestvica

Zanimljivost

Kelvinova temperaturna ljestvica

Zanimljivost

Zadatak 1.

Zadatak 2.

Zadatak 3.

Praktična vježba

Kutak za znatiželjne

Zanimljivost

Projekt

...i na kraju

MOJE ZNANJE

Uspješno ste usvojili sve odgojno-obrazovne ishode:

Potrudite se još malo kako biste bolje usvojili sljedeće odgojno-obrazovne ishode:

Trebali biste ponovno proći sljedeće jedinice:

5.3 Toplinsko širenje tijela