Temperatura

Temperatura idealnog plina je mjera prosječne kinetičke energije molekula.

Toplinske vibracije dijelova bjelančevine: amplituda vibracija raste s temperaturom.

Prosječne godišnje temperature na Zemlji.

Prosječna temperatura površine Zemlje je oko 288 K (14 °C).

Temperatura Sunčeve površine (fotosfera) je 5 778 K (oko 5 505 °C).

Galilejev termometar.

Temperatura (lat.: zagrijanost, toplina; oznaka t, T, τ ili θ) je jedna od osnovnih fizikalnih veličina u Međunarodnom sustavu jedinica, koja opisuje toplinsko stanje i sposobnost tijela ili tvari da izmjenjuju toplinu s okolinom. Ona ovisi o tome koliko unutarnje energije sadrži neko tijelo određene mase i tlaka. Temperatura ne može prelaziti s tijela na tijelo, nego prelazi toplina, a temperature se izjednačavaju.

Empirijska temperatura (oznaka t) određuje se promjenom nekih svojstava (na primjer duljine stupca žive u staklenoj cijevi, volumena, električne vodljivosti) termometrijskoga tijela.

Termodinamička temperatura (oznaka T) određuje se osnovnim zakonima termodinamike. Mjerna jedinica termodinamičke temperature jest kelvin (K). Za mjerenje temperaturnih intervala (T2 – T1) može se koristiti mjerna jedinica Celzijev stupanj (°C) pri čem je Celsiusova temperatura: t = (T – 273,15 K).

Apsolutna temperatura određuje se polazeći od najniže moguće temperature u prirodi, takozvane apsolutne nule temperature, tako da se nekoj referentnoj temperaturi, koja se može točno određivati, dogovorom propiše određena vrijednost.

Pojam topline i temperature

Ako stavimo ruku u posudu s vrućom vodom i držimo je nekoliko sekundi, a zatim je stavimo u posudu s toplom vodom, učinit će nam se kao da je ta voda hladna. Stavimo li ruku u hladnu vodu i držimo li je nekoliko sekundi, a onda je uronimo u onu toplu vodu, imat ćemo osjet kao da smo je stavili u vruću vodu. Odatle vidimo da čovječji osjet nije mjerodavan za prosuđivanje stanja nekoga fizikalnog tijela, to jest njegove temperature.

Toplina i temperatura nisu jedno te isto. To najbolje možemo uočiti iz jednog primjera. U dvije po veličini različite prostorije ložimo peć iste veličine tako da trošimo istu količinu goriva na sat; vidjet ćemo da će temperature prostorija biti različite. Veća prostorija imat će manju temperaturu, a manja veću, iako je svaka prostorija, to jest zrak u prostoriji, primio istu količinu topline izgaranjem jednake količine goriva. Dva fizikalna tijela mogu imati istu količinu topline, a različitu temperaturu. Da bi veća prostorija imala istu temperaturu kao manja, morali bismo većoj dati veću količinu topline, to jest morali bismo potrošiti veću količinu goriva. Odatle vidimo da dva fizikalna tijela mogu imati istu temperaturu, ali različitu količinu topline.

Međutim, što je toplina? Na to pitanje odgovara molekularno-kinetička teorija topline. Molekule u tijelima ne miruju, nego se nalaze u stalnom gibanju, čija brzina može biti veća ili manja. Bušenjem, glodanjem, tokarenjem i rezanjem pomoću alatnih strojeva, kao i kod svake obrade materijala alatom, stvara se toplina. Toplina nastaje na osnovu utrošenog mehaničkog rada, a i na račun kinetičke energije. Udarom čekića, koji ima kinetičku energiju, o nakovanj stvara se toplina. Tu se kinetička energija ne pretvara samo u toplinu nego i u energiju zvuka i u mehanički rad potreban za deformaciju tijela. Pri sudaru dvaju tijela prenosi se gibanje, to jest kinetička energija s jednog tijela na drugo. To ne vrijedi samo za velika tijela nego i za sitne čestice, to jest molekule. Kinetička energija čekića pretvara se u kinetičku energiju molekula, to jest u njihovo nevidljivo gibanje. Toplina je, dakle, kinetička energija molekularnog gibanja.

Što tijelo više grijemo, molekule se sve brže gibaju i imaju sve veću kinetičku energiju. Zbog toga se molekule međusobno udaljavaju, pa kruto tijelo taljenjem prelazi u tekuće agregatno stanje. Tekuće tijelo zagrijavanjem prelazi u plinovito agregatno stanje. Molekule vode daljim zagrijavanjem kod vrelišta odlaze u zrak. Voda prelazi u vodenu paru. Para ima toliku kinetičku energiju da tjera parni stroj. Koliki je stupanj toga molekularnog gibanja, kazuje temperatura. Temperatura je, dakle, stupanj toplinskog stanja tijela i o njoj ovisi agregatno stanje tijela.

Onaj dio nauke o toplini koji se bavi toplinom kao jednim oblikom energije i proučava pretvaranje toplinske energije u mehaničku radnju zove se termodinamika. Budući da je to pretvaranje naročito važno kod plinova, to se termodinamika bavi u prvom redu toplinskim promjenama kod plinova.

Definicija temperature

Pojam temperature može se odrediti na više načina. Osjećamo kada je neko tijelo toplije ili hladnije od našeg tijela, a uočavamo i fizikalne promjene obujma, tlaka i agregatnog stanja koje pri tome nastaju. Na temelju toga određene su iskustvene temperaturne ljestvice kao što su Celzijeva i Fahrenheitova koje se i danas koriste u većini primjena. Za njih je svojstveno postojanje negativnih vrijednosti temperatura, jer je ishodište ljestvice utvrđeno proizvoljno. U fizici, a posebno termodinamici, temperatura se određuje tako da je ishodište temperaturne ljestvice utvrđeno na temelju fizikalnih načela (apsolutna nula). Tako određena temperatura se formalno naziva apsolutna temperatura ili termodinamička temperatura.

U okviru kinetičke teorija plinova apsolutna se temperatura određuje pri razmatranju monoatomnog idealnog plina. U takvom plinu, koji se nalazi u |termodinamičkoj ravnoteži, srednja kinetička energija <E_k> čestica u sustavu centra mase ne ovisi o vrsti plina i iznosi:

$<E_{k}>={\frac {3}{2}}\cdot k_{B}\cdot T$

gdje je: $k_{B}$ - Boltzmannova konstanta, a T - apsolutna temperatura. Ovaj izraz odnosi se sustav sa tri prostorne dimenzije (tri stupnja slobode), pa je srednja kinetička energija za svaki pojedini smjer:

$<E_{k}>={\frac {1}{2}}\cdot k_{B}\cdot T$

Dakle, ovako određena temperatura je mjera za srednju energiju mnoštva čestica koje se nalaze u termodinamičkoj ravnoteži i ne može poprimiti negativne vrijednosti. Gore navedeni izraz ima općenitije značenje i naziva se teorem ekviparticije energije.

Apsolutna termodinamička temperatura

Ovo određivanje temperature polazi od rada povratnog (reverzibilnog) toplinskog stroja, za koji je omjer temperatura toplog i hladnog spremnika jednak omjeru količine topline predane iz toplog i primljene u hladni spremnik:

${\frac {T_{A}}{T_{B}}}={\frac {Q_{A}}{Q_{B}}}$

Ovo je univerzalna definicija temperature, stoga što je neovisna o materijalu (supstanci) i načinu rada toplinskog stroja, dokle god je toplinski stroj reverzibilan.

Povijest

Prvi korak u proučavanju topline bio je izum termometra koji je omogućivao mjerenja i uspoređivanje toplinskoga stanja različitih tijela. Taj mjerni instrument morao je biti reverzibilan, to jest vratiti se nakon prestanka djelovanja topline u početno stanje, te pokazivati isti učinak za jednaka toplinska stanja različitih tijela. Prvi instrument za mjerenje temperature, termoskop, izradio je Galileo Galilei početkom 17. stoljeća, a osnivao se na toplinskom širenju plina. Prvi termometar, koji je omogućivao preciznija mjerenja temperature, izumio je Ferdinando II. Medici 1654. Uskoro se, kako bi se mogla usporediti dva mjerenja, pojavila potreba za temperaturnom ljestvicom. Pokazalo se najkorisnije da se temperaturni razmak između dvaju određenih toplinskih stanja nekoga tijela uzme kao osnovica temperaturne ljestvice, koja se onda može podijeliti na povoljan broj dijelova (stupnjeva). Uzimajući dvije određene točke umjesto jedne, jednoznačno se određuje mjerna jedinica iskustvene (empirijske) temperature.

Mjerne jedinice temperature

Postoji više mjernih jedinica za temperaturu. U Europi temperaturu mjerimo u Celzijevim stupnjevima (°C), a u SAD-u su uvriježeni Fahrenheitovi stupnjevi (°F). Jedinica SI za termodinamičku temperaturu je kelvin (K), dok se u SAD-u još koristi i Rankineov stupanj.

Jednadžbe za pretvaranje brojevnih vrijednosti uobičajenih temperaturnih ljestvica:

K = °C + 273,15

°C = 5/9 · (°F - 32)

°F = °C/0,55 + 32 ili preciznije :°F = °C/(5/9) + 32

Tablica koja prikazuje neke često korištene temperature s vrijednostima izraženim na raznim temperaturnim ljestvicama:

Opis	Kelvinova	Celzijeva	Fahrenheitova	Rankineova	Delisleova	Newtonova	Réaumurova	Rømerova
Apsolutna nula	0	-273,15	-459,67	0	559,725	-90,14	-218,52	-135,90
Fahrenheitova mješavina leda i soli	255,37	-17,78	0	459,67	176,67	-5,87	-14,22	-1,83
Talište leda/ledište vode (pri normalnom tlaku)	273,15	0	32	491,67	150	0	0	7,5
Temperatura ljudskoga tijela	310,15	37	98,6	558,27	94,5	12,21	29,6	26,925
Vrelište vode	373,15	100	212	671,67	0	33	80	60
Talište titanija	1941	1668	3034	3494	-2352	550	1334	883

Mjerni instrumenti

Mjerni instrumenti za mjerenje temperature su smješteni u meteorološkim zaklonima na 2 metra iznad zemlje radi eliminacije nepovoljnih utjecaja insolacije, vjetrova i oborina, a omogućuju stalnu cirkulaciju zraka izvana.

mjerenje temperature pojedinačnim očitavanjem

• običan živin Termometar (mokri i suhi)
• maksimalni živin termometar
• minimalni alkoholni termometar
• Assmanov psihrometar

mjerenje neprekidnim bilježenjem

• Termograf

Povezani članci

• Termografija

Vanjske poveznice

Zajednički poslužitelj ima još gradiva o temi Temperatura