Article sobre termòmetres i escales de temperatura
1. Termòmetres
L'eina dissenyada per mesurar la temperatura és un termòmetre. Hi ha molts tipus de termòmetres, però el principi de funcionament és el mateix. Normalment, utilitzem objectes termomètrics, la naturalesa de la matèria que canvia amb la temperatura. Si la temperatura de l'objecte canvia, la forma i la mida de l'objecte també canvien. La majoria dels termòmetres utilitzen objectes que es poden expandir o encongir quan canvia la temperatura. Els termòmetres que s'utilitzen sovint consisteixen en tubs de vidre, on hi ha alcohol o mercuri al centre del tub. Quan la temperatura augmenta, l'alcohol o el mercuri del recipient s'expandeix de manera que la longitud de la columna d'alcohol o mercuri augmenta. Per contra, quan la temperatura disminueix, la longitud de la columna d'alcohol o mercuri disminueix. A l'exterior del tub de vidre, hi ha números que són l'escala del termòmetre. El número que mostra l'extrem superior de la columna d'alcohol o mercuri indica el valor de la temperatura de l'objecte que es mesura.
Altres tipus de termòmetres que s'utilitzen habitualment són els termòmetres que utilitzen làmines bimetàl·liques (dos metalls de diferents tipus i diferents velocitats d'expansió). Quan la temperatura augmenta, un metall experimenta una expansió més gran que l'altre metall. Com a resultat, les peces es corben. Normalment, una peça bimetàl·lica és una espiral, on un extrem de la placa roman, mentre que l'altre extrem està connectat a l'indicador d'escala. Quan la temperatura canvia, l'agulla gira. Els termòmetres que utilitzen làmines bimetàl·liques s'utilitzen normalment com a termòmetres d'aire, termòmetres d'ambient, termòmetres de forn, etc. Un termòmetre, que és més precís o exacte, sovint utilitza les propietats elèctriques d'un objecte.
2. Calibratge del termòmetre
El calibratge del termòmetre és el procés d'escala d'un termòmetre. Aquests són alguns passos per calibrar el termòmetre. Primer, prepareu un termòmetre de mercuri o un termòmetre d'alcohol sense escala. Segon, prepareu el gel. Tercer, prepareu l'aigua. Quart, prepareu un escalfador d'aigua que es pugui utilitzar per escalfar l'aigua fins que bulli. Cinquè, poseu gel i aigua en un recipient (l'aigua i el gel tenen la mateixa massa). A continuació, poseu el termòmetre en un recipient que contingui aigua i gel.
Al principi, el termòmetre està en contacte amb l'aire, de manera que el termòmetre està més calent que el gel. Després de posar-lo en un recipient, la longitud de la columna de mercuri es reduirà perquè la barreja d'aigua i gel es refredarà més. Deixeu-ho reposar fins que la longitud de la columna de mercuri no canviï (la superfície del mercuri no es mogui). Quan la longitud de la columna de mercuri no canviï, la barreja de glaçons de gel i aigua està en equilibri tèrmic. Marqueu la posició de la columna de mercuri (marqueu l'extrem superior de la columna de mercuri). Aquesta és la temperatura del punt de gel o el punt de congelació de l'aigua. Sisè, bulliu aigua amb un escalfador elèctric. Introduïu el termòmetre en un recipient que contingui aigua calenta. Quan l'aigua s'escalfa o la temperatura de l'aigua augmenta, la longitud de la columna de mercuri també augmenta (la superfície del mercuri es mou cap amunt). Després que l'aigua bulli, la superfície del mercuri deixa de moure's. Marqueu l'extrem de la columna de mercuri. Aquesta és la temperatura del punt d'ebullició de l'aigua o el punt de vapor.
Si voleu fer una escala Celsius, la distància entre les dues marques es divideix en 100 línies, on la distància entre cada línia ha de ser la mateixa. El signe inferior = 0 oC, mentre que el signe superior = 100 oC. Vegeu la figura del costat. La temperatura del punt de gel i la temperatura del punt de vapor depenen de la pressió de l'aire. Per tant, un termòmetre calibrat en un lloc amb una pressió d'aire diferent donarà resultats diferents. Els termòmetres de mercuri que s'utilitzen habitualment es calibren a una pressió atmosfèrica de manera que la temperatura del punt de congelació de l'aigua sigui 0. oC i la temperatura d'ebullició és de 100 oC. Els termòmetres normals com els de mercuri o els d'alcohol solen tenir limitacions. El termòmetre no es pot utilitzar per mesurar temperatures molt baixes (inferiors a 0 oC) o temperatures molt altes (superiors a 100 oC).
3. Tescales de temperatura
Perquè un termòmetre es pugui utilitzar per mesurar la temperatura, cal establir una escala de temperatura. Sovint s'utilitzen dues escales de temperatura, incloent l'escala Celsius i l'escala Fahrenheit. Un altre nom per a l'escala Celsius és l'escala centígrada. Centígrad = cent passos. L'escala de temperatura que és crítica en el camp de la ciència és l'escala absoluta o l'escala Kelvin. Pel que fa a l'escala Kelvin, es tractarà més endavant. Els punts fixos de l'escala Celsius i l'escala Fahrenheit utilitzen el punt de congelació i el punt d'ebullició de l'aigua. El punt de congelació d'una substància és la temperatura a la qual les formes sòlida i líquida estan en equilibri tèrmic. Per contra, el punt d'ebullició d'una substància és la temperatura a la qual la forma líquida i la forma gasosa estan en equilibri tèrmic. El punt de congelació i el punt d'ebullició canvien constantment amb la pressió de l'aire, per la qual cosa primer cal determinar la pressió de l'aire. Normalment, utilitzem la pressió estàndard, que és d'1 atm (una atmosfera). L'atmosfera és una unitat de pressió d'aire.
3.1 Escala Celsius
El punt fix per sobre de l'escala Celsius utilitza el punt d'ebullició de l'aigua pura, mentre que el punt fix per sota de l'escala Celsius utilitza el punt de congelació de l'aigua pura. La temperatura de congelació de l'aigua pura (també coneguda com a punt de gel) és de zero graus Celsius (0 oC) i la temperatura del punt d'ebullició de l'aigua pura (també conegut com a punt de vapor) és de cent graus Celsius (100 oC). Entre els punts de gel i de vapor hi ha 100 graus. En els termòmetres que utilitzen l'escala Celsius, una escala de temperatura inferior a la temperatura del punt de gel normalment es marca amb un nombre negatiu.
Escala de 3.2 graus Fahrenheit
Fahrenheit vol que les escales de temperatura siguin positives. Per tant, va triar 0 oF per la temperatura de la mescla de gel i aigua salada (la temperatura més freda que pot assolir l'aigua). Quan es mesura la temperatura dels punts de gel i els punts de vapor, els nombres que es mostren a l'escala Fahrenheit són fraccions. Finalment, va tornar a canviar l'escala de manera que la temperatura del punt de gel i el punt de vapor fossin nombres enters.
Per a l'escala Fahrenheit, la temperatura de congelació de l'aigua pura (punt de gel) és de 32 graus Fahrenheit (32 oF) i la temperatura d'ebullició de l'aigua pura (punt de vapor) és de 212 graus Fahrenheit (212 oF). Entre els punts de gel i vapor, hi ha 180 graus. L'aigua pura és aigua que no està barrejada amb altres substàncies. H pur20. Quan diem una certa temperatura, l'anomenem Celsius (oC) o Fahrenheit (oF). Exemple: temperatura de l'aigua calenta = 100 oC o 180 oF. La meva temperatura corporal = 98 oF. Per contra, si diem canvi de temperatura o diferència de temperatura, aleshores ho anomenem graus Celsius (Co) o graus Fahrenheit (Fo). Exemple: la temperatura inicial de l'aigua és de 20 oC. Un cop escalfat, la temperatura canvia a 50 oC. Així, l'aigua experimenta un canvi de temperatura de 30 graus Celsius (30 Co).
