Teplota a jej meranie Nezačaté

0. Kľúčové fakty

1. Teplota — Teplota je fyzikálna veličina, ktorá vyjadruje, aký teplý alebo studený je predmet. Súvisí s tým, ako rýchlo sa pohybujú (kmitajú) častice látky — čím rýchlejšie sa častice pohybujú, tým vyššiu teplotu teleso má. Teplota je jednou zo základných veličín, ktoré opisujú stav telesa.

2. Značka a jednotka teploty — Teplotu označujeme písmenom t a jej hlavnou jednotkou v bežnom živote je stupeň Celzia (°C). V sústave SI je základnou jednotkou kelvin (K). Správne používanie značky a jednotky je dôležité pri zápise nameraných hodnôt a výpočtoch.

3. Celziova stupnica — Celziovu stupnicu zaviedol švédsky astronóm Anders Celsius. Má dva pevné body: teplotu topenia ľadu 0 °C a teplotu varu vody 100 °C (pri normálnom atmosférickom tlaku). Rozsah medzi nimi je rozdelený na 100 rovnakých dielikov, preto sa nazýva aj stostupňová stupnica.

4. Kelvinova stupnica (termodynamická teplota) — Kelvinovu stupnicu navrhol fyzik William Thomson, lord Kelvin. Jej začiatok 0 K je tzv. absolútna nula — najnižšia možná teplota, pri ktorej by sa častice prestali pohybovať. Absolútna nula zodpovedá približne −273,15 °C a nižšiu teplotu nie je možné dosiahnuť.

5. Prevod medzi °C a K — Medzi stupňami Celzia a kelvinmi platí jednoduchý vzťah: teplotu v kelvinoch dostaneme tak, že k teplote v °C pripočítame 273 (presnejšie 273,15). Napríklad 0 °C ≈ 273 K a 100 °C ≈ 373 K. Jeden dielik na oboch stupniciach je rovnako veľký, líši sa len začiatok počítania.

6. Teplomer — Teplomer je prístroj na meranie teploty. Najznámejší je kvapalinový teplomer, ktorý funguje na princípe teplotnej rozťažnosti — kvapalina (lieh alebo ortuť) sa pri zahriatí rozťahuje a v tenkej rúrke stúpa nahor. Poloha hladiny na stupnici ukazuje nameranú teplotu.

7. Druhy teplomerov — Okrem kvapalinových existujú aj lekárske (lie'hové či digitálne) teplomery, bimetalové teplomery (dva spojené kovy sa rôzne rozťahujú a ohýbajú), digitálne teplomery so snímačom a bezdotykové (infračervené) teplomery. Každý typ sa hodí na iný účel — od merania teploty tela až po teplotu v peci.

8. Správne meranie teplomerom — Pri meraní musí byť teplomer v dobrom kontakte s telesom a treba počkať, kým sa jeho údaj ustáli. Hodnotu odčítavame na úrovni očí, aby sme sa vyhli chybe z nesprávneho pohľadu (paralaxe). Teplomer nesmie merať teplotu vyššiu, než na akú je určený, inak sa môže poškodiť.

9. Teplotná rozťažnosť látok — Väčšina látok sa pri zahriatí rozťahuje (zväčšuje objem) a pri ochladení zmršťuje. Tento jav využívajú teplomery, ale prejavuje sa aj v praxi — napríklad medzery v koľajniciach a mostoch, ktoré umožňujú materiálu rozpínať sa za horúčav bez poškodenia.

10. Tepelná rovnováha — Keď dáme do kontaktu teplejšie a studenšie teleso, teplo prechádza z teplejšieho na studenšie tak dlho, kým obe nedosiahnu rovnakú teplotu. Tento stav sa nazýva tepelná rovnováha. Práve na tomto princípe funguje aj teplomer — ukáže správnu teplotu až vtedy, keď je v tepelnej rovnováhe s meraným telesom.

11. Teplo verzus teplota — Teplota a teplo nie sú to isté: teplota opisuje stav telesa (ako je teplé), kým teplo je energia, ktorá prechádza z teplejšieho telesa na studenšie. Veľké teleso s nižšou teplotou môže odovzdať viac tepla než malé teleso s vyššou teplotou. Rozlišovanie týchto pojmov je základom pochopenia tepelných javov.

12. Význam merania teploty v praxi — Meranie teploty je dôležité v každodennom živote aj vede — sledujeme ňou počasie, kontrolujeme telesnú teplotu pri chorobe, riadime varenie, pečenie či priemyselné procesy. Presné meranie a správne jednotky umožňujú ľuďom porovnávať hodnoty a dohodnúť sa na spoločných údajoch po celom svete.

1. Poučka

Teplota je fyzikálna veličina, ktorá vyjadruje, ako veľmi je teleso teplé alebo studené. Značíme ju t (alebo T), meriame ju teplomerom. Základná jednotka teploty v sústave SI je kelvin (K), v bežnom živote používame stupeň Celzia (°C). Keď sa dve telesá s rôznou teplotou dotýkajú, teplejšie odovzdáva teplo studenšiemu, až kým nemajú obe rovnakú teplotu — vtedy nastane tepelná rovnováha.

2. Vysvetlenie

• Každé teleso je zložené z drobných častíc, ktoré sa neustále pohybujú. Čím rýchlejšie sa pohybujú, tým je teleso teplejšie a má vyššiu teplotu.
• Teplotu nedokážeme spoľahlivo určiť hmatom (ruka klame), preto ju meriame teplomerom.
• Bežný teplomer využíva to, že kvapalina (lieh alebo ortuť) sa pri zohriatí rozťahuje a stúpa v tenkej trubici po stupnici.
• Teplomer priložíme k telesu a počkáme, kým sa ustáli — vtedy má teplomer rovnakú teplotu ako merané teleso (tepelná rovnováha) a my odčítame hodnotu.
• Na Celziovej stupnici je 0 °C teplota topenia ľadu a 100 °C teplota varu vody (za normálneho tlaku).

3. Príklady a prečo je to dôležité

Príklad 1 — rozdiel teplôt cez nulu: V noci bolo −5 °C, cez deň 7 °C. O koľko stupňov sa oteplilo?
Rozdiel = vyššia teplota − nižšia teplota
Δt = 7 − (−5) = 7 + 5 = 12 °C

Príklad 2 — z °C na kelviny: Koľko kelvinov je 25 °C?
K teplote v °C pripočítame 273.
T = 25 + 273 = 298 K

Príklad 3 — z kelvinov na °C: Koľko °C je 310 K?
Od teploty v kelvinoch odpočítame 273.
t = 310 − 273 = 37 °C

Príklad 4 — horúčka (prax): Ráno mal Peter 36,8 °C, večer 38,6 °C. O koľko mu teplota stúpla? Má horúčku?
Rozdiel: 38,6 − 36,8 = 1,8 °C
Horúčka je nad 38 °C a 38,6 °C je viac.
Výsledok → teplota stúpla o 1,8 °C, Peter má horúčku

Príklad 5 — odčítanie teplomera: Na teplomere je medzi značkami 20 °C a 30 °C päť dielikov. Stĺpec kvapaliny siaha 3 dieliky nad 20 °C. Akú teplotu ukazuje?
Hodnota jedného dielika: (30 − 20) ÷ 5 = 2 °C
3 dieliky: 3 · 2 = 6 °C
Teplota: 20 + 6 = 26 °C

Príklad 6 — tepelná rovnováha: Horúci čaj s teplotou 90 °C necháš v izbe s teplotou 21 °C. Akú teplotu bude mať čaj o niekoľko hodín?
Čaj odovzdáva teplo vzduchu, kým majú rovnakú teplotu.
Vtedy sa výmena tepla zastaví.
Výsledok → 21 °C, rovnako ako izba

Prečo je to dôležité: Bez merania teploty by sme nevedeli rozpoznať chorobu, bezpečne uchovať jedlo, riadiť priemysel ani predpovedať počasie. Teplota je jedna zo základných veličín, s ktorými sa stretávame každý deň.

Precvič si

1. Koľko kelvinov je 0 °C?
2. Koľko kelvinov je 100 °C?
3. Koľko °C je 250 K?
4. Vypočítaj rozdiel teplôt −12 °C a 8 °C.
5. Ráno bolo −4 °C a do obeda sa oteplilo o 9 °C. Aká teplota bola na obed?
6. Na teplomere sú medzi 0 °C a 10 °C štyri dieliky. Stĺpec siaha 3 dieliky pod nulu. Akú teplotu ukazuje?