Avsnitt

Varvid:

• Temperatur T: Dess måttenhet i det internationella systemet är Kelvin ( K )
• Universell konstant k: Detta är en lika stor konstant för alla gaser. Dess måttenhet i det internationella systemet är Kelvin per joule ( K/J )
• Genomsnittlig kinetisk energi hos gasmolekylerna <Ec>: Detta är den genomsnittliga kinetiska energivärdet hos gasmolekylerna. Dess måttenhet i det internationella systemet är Joule ( J )

För samma ämne gäller att ju högre temperaturen är, desto större är hastigheten hos de partiklar som ingår i ämnet. På samma sätt kan du i varje diagram se att ju högre temperaturen är, desto större är intervallet av hastigheter som kan uppnås på grund av Maxwellfördelningen. I den första grafen kan du till exempel se hur de flesta partiklarna har låga hastigheter (deras värden är koncentrerade nära koordinaternas ursprung) och när temperaturen stiger blir koncentrationen av partiklarnas hastigheter mer utspridd.

Å andra sidan, när vi sätter två kroppar i kontakt med varandra sker ett utbyte av värmeenergi: temperaturen flödar från den med högre temperatur till den med lägre temperatur. Om vi låter tillräckligt med tid passera jämnar de två temperaturerna ut sig. När vi rör vid en kropp som har en lägre temperatur än vi själva känner vi oss kalla, och om den har en högre temperatur känner vi oss varma. Orsaken är just detta utbyte av värmeenergi mellan vårt finger och kroppen i fråga.

Hur mäter vi temperaturen?

Temperaturen är en statistisk storhet, så vi kan inte mäta den direkt. För att mäta den använder vi oss av olika storheter som varierar med den, t.ex. höjden på en kvicksilverkolonn, det elektriska motståndet eller volymen och trycket hos en gas. Dessa storheter kallas termometriska storheter.

Typer av termometrar

Det finns olika typer av termometrar beroende på vilken fysikalisk storhet som mäts och som varierar med temperaturen. Nedan följer en förteckning över några av de viktigaste. Termometerns namn och en kort beskrivning visas i kursiv stil.

• Dilatationsbaserad
  • Gaser
    • Volymförändring: Gastermometer vid konstant tryck. Gasens volym varierar med temperaturen. De är mycket exakta och används i allmänhet för kalibrering av andra termometrar
    • Tryckförändring: Gastermometer med konstant volym. Gasens tryck varierar med temperaturen. De är mycket exakta och används i allmänhet för kalibrering av andra termometrar
  • Vätskor
    • Kvicksilverkolonn: Kvicksilvertermometer. Kvicksilverkolonnens höjd varierar med temperaturen. Dess marknadsföring och användning är förbjuden i vissa länder, t.ex. i Spanien
    • Skolumn med färgad alkohol: Alkoholtermometer. Höjden på den färgade alkoholkolonnen varierar med temperaturen. Den var den första som skapades
  • Solider
    • Längdsförändring: Bimetalltermometer. Består av två plattor av olika metaller som är fast sammanfogade. Aggregatet böjer sig i en båge i proportion till temperaturförändringen. Detta beror på att varje platta har en annan utvidgningskoefficient och att temperaturförändringar orsakar olika förändringar i deras längder
• Baserat på elektriska egenskaper
  • Varumärke
    • Halvledare: Termistor. Halvledare är material som beter sig som ledare eller isolatorer beroende på temperatur. Detta gör dem till anordningar för temperaturmätning
    • Platina: Termometer i platina. Platinas elektriska motstånd varierar linjärt med temperaturen
  • Thermoelektrisk effekt
    • Thermokoppling: Detta är ett par skarvar (svetsar) av två ledande trådar av olika metaller. En av korsningarna hålls vid en konstant referenstemperatur. Den elektromotoriska kraft som genereras beror på temperaturskillnaden mellan svetsarna

Temperaturskalor

Temperaturen mäts indirekt genom termometriska storheter. Som vi kommer att se kommer vi att använda värdena för dessa storheter i vissa fasta tillstånd för att kalibrera termometrar och på så sätt fastställa en skala. Exempel på dessa fasta tillstånd är frysning eller kokning av vatten.

Det finns tre stora skalor för att mäta temperatur:

1. Celsius
2. Farenheit
3. Kelvin

Vi ska titta på processen för varje enskild skala.

Centigrade- eller Celsiusskala

1. Vattens normala fryspunkt har värdet 0 på termometern
2. Vattens normala kokpunkt har värdet 100 på termometern
3. Detta område är uppdelat i 100 lika stora delar. Var och en av dessa kallas grader Celsius ( ºC )

Fahrenheit-skalan

1. Vattnets normala fryspunkt har värdet 32 på termometern
2. Vattnets normala kokpunkt har värdet 212 på termometern
3. Detta intervall är uppdelat i 180 lika stora delar. Var och en av dessa kallas grader Fahrenheit ( ºF )

Kelvin, absolut eller Kelvinskala

Detta är den skala som används i det internationella enhetssystemet. För att definiera den absoluta skalan måste vi först definiera temperaturen vid den absoluta nollpunkten och vattnets trippelpunkt.

Temperaturen vid den absoluta nollpunkten

Det är den lägsta temperatur som en kropp kan ha. I detta tillstånd skulle rörelsen hos de atomer och molekyler som utgör kroppen vara noll. Det är en teoretisk temperatur som inte kan uppnås i praktiken.

Vattens trippelpunkt

Vattens trippelpunkt är det temperatur-tryckspar där vatten existerar i fast, flytande och gasformigt tillstånd. Specifikt skulle temperaturen vara 0,01 ºC och trycket 611,73 Pa.

Process

1. Den lägsta temperaturen som kan existera, den absoluta nollpunkten, tilldelas värdet 0 på termometern
2. Värdet 273.16 tilldelas vattnets trippelpunkt
3. Storleken på graderna Kelvin är anpassad till graderna Celsius

Då vi tilldelar 0 K till den absoluta nollpunkten finns det inga negativa temperaturer på Kelvinskalan.

Då storleken på graderna är densamma på Kelvin- och Celsiusskalan, sammanfaller en temperaturökning i grader Kelvin med en ökning i grader Celsius.

Konvertering av skalor

Med tanke på att tC, tF och T är temperaturen uttryckt i grader Celsius, Fahrenheit respektive Kelvin, kommer vi att använda följande uttryck för att konvertera mellan skalor.