Grein um hitamæla og hitakvarða
1. Hitamælar
Hitamælir er tæki sem er hannað til að mæla hitastig. Það eru til margar gerðir af hitamælum, en virkni þeirra er sú sama. Venjulega notum við hitamælahluti, þar sem eðli efnisins breytist með hitastigi. Ef hitastig hlutarins breytist breytist lögun og stærð hans einnig. Flestir hitamælar nota hluti sem geta þanist út eða minnkað þegar hitastigið breytist. Hitamælar sem eru oft notaðir eru úr glerrörum þar sem alkóhól eða kvikasilfur er í miðju rörsins. Þegar hitastigið hækkar þenst alkóhólinn eða kvikasilfrið í ílátinu út þannig að lengd alkóhól- eða kvikasilfursdálksins eykst. Aftur á móti, þegar hitastigið lækkar, minnkar lengd alkóhól- eða kvikasilfursdálksins. Á ytra byrði glerrörsins eru tölur sem tákna kvarða hitamælisins. Talan sem sýnd er við efri enda alkóhól- eða kvikasilfursdálksins gefur til kynna hitastig hlutarins sem verið er að mæla.
Aðrar gerðir hitamæla sem eru algengar eru hitamælar sem nota tvímálmplötur (tveir málmar af mismunandi gerðum og með mismunandi þensluhraða). Þegar hitastigið hækkar þenst annar málmurinn meira út en hinn málmurinn. Fyrir vikið eru bitarnir bognir. Venjulega er tvímálmstykki spírallaga þar sem annar endi flísarinnar situr eftir en hinn endinn er tengdur við kvarðavísinn. Þegar hitastigið breytist snýst vísirinn. Hitamælar sem nota tvímálmplötur eru venjulega notaðir sem lofthitamælar, herbergishitamælar, ofnhitamælar o.s.frv. Hitamælar, sem eru nákvæmari, nota oft rafmagnseiginleika hlutar.
2. Kvörðun hitamælis
Kvörðun hitamælis er ferlið við að kvarða hitamæli. Hér eru nokkur skref til að kvarða hitamælin. Í fyrsta lagi skaltu útbúa kvikasilfurshitamæli eða alkóhólhitamæli án kvarða. Í öðru lagi skaltu útbúa ís. Í þriðja lagi skaltu útbúa vatn. Í fjórða lagi skaltu útbúa vatnshitara sem hægt er að nota til að hita vatn að suðu. Í fimmta lagi skaltu setja ís og vatn í ílát (vatn og ís hafa sama massa). Því næst skaltu setja hitamælin í ílát sem inniheldur vatn og ís.
Í fyrstu snerti hitamælinn loft þannig að hann er heitari en ís. Eftir að hitamælinn hefur verið settur í ílát minnkar lengd kvikasilfursdálksins þar sem blanda af vatni og ís kólnar meira. Látið standa þar til lengd kvikasilfursdálksins breytist ekki (yfirborð kvikasilfursins hreyfist ekki). Þegar lengd kvikasilfursdálksins breytist ekki er blanda af ísmolum og vatni í varmajafnvægi. Merktu staðsetningu kvikasilfursdálksins (merktu efsta enda kvikasilfursdálksins). Þetta er hitastig íspunktsins eða frostmark vatnsins. Í sjötta lagi, sjóðaðu vatn með rafmagnsofni. Settu hitamælinn í ílát með heitu vatni. Þegar vatnið hitnar eða vatnshitinn hækkar, eykst lengd kvikasilfursdálksins einnig (yfirborð kvikasilfursins færist upp). Eftir að vatnið sýður hættir yfirborð kvikasilfursins að hreyfast. Merktu enda kvikasilfursdálksins. Þetta er hitastig suðumarks vatnsins eða gufupunktsins.
Ef þú vilt búa til Celsíus-kvarða er fjarlægðin milli merkjanna tveggja skipt í 100 línur, þar sem fjarlægðin milli hverrar línu verður að vera sú sama. Neðra merkið = 0 ° C, en efra merkið = 100 ° C. Sjá myndina hér til hliðar. Íspunktshiti og gufupunktshiti eru háðir loftþrýstingi. Þess vegna mun hitamælir sem er kvarðaður á stað með mismunandi loftþrýsting gefa mismunandi niðurstöður. Algengir kvikasilfurshitamælar eru kvarðaðir við einn andrúmsloftsþrýsting þannig að frostmark vatnsins er 0 ° C og suðumarkið er 100 ° C. Venjulegir hitamælar eins og kvikasilfurshitamælar eða alkóhólhitamælar eru yfirleitt takmarkaðir. Ekki er hægt að nota hitamæla til að mæla mjög lágt hitastig (lægra en 0 ° C) eða mjög hátt hitastig (hærra en 100 ° C).
3. Hitastigskvarðar
Til að nota hitamæli til að mæla hitastig er nauðsynlegt að stilla hitakvarða. Tveir hitakvarðar eru oft notaðir, þar á meðal Celsíus-kvarðinn og Fahrenheit-kvarðinn. Annað heiti á Celsíus-kvarðanum er Celsíus-kvarðinn. Celsíus = hundrað þrep. Hitakvarðinn sem er mikilvægur í vísindum er algildur kvarði eða Kelvin-kvarði. Varðandi Kelvin-kvarðann verður rætt síðar. Fastir punktar Celsíus-kvarðans og Fahrenheit-kvarðans nota frostmark og suðumark vatns. Frostmark efnis er hitastigið þar sem fast og fljótandi form eru í varmajafnvægi. Aftur á móti er suðumark efnis hitastigið þar sem fljótandi form og gasform eru í varmajafnvægi. Frostmark og suðumark breytast stöðugt með loftþrýstingi, þannig að loftþrýstingurinn þarf að ákvarða fyrst. Venjulega notum við staðalþrýsting, sem er 1 atm (ein andrúmsloft). Andrúmsloftið er ein eining af loftþrýstingi.
3.1 Celsíus kvarði
Fastpunkturinn fyrir ofan Celsíus-kvarðann notar suðumark hreins vatns, en fastpunkturinn fyrir neðan Celsíus-kvarðann notar frostmark hreins vatns. Frostmark hreins vatns (einnig þekkt sem íspunktur) er núll gráður á Celsíus (0 oC) og suðumark hreins vatns (einnig þekkt sem gufumark) er eitt hundrað gráður á Celsíus (100 oC). Milli ís- og gufupunktsins eru 100 gráður. Í hitamælum sem nota Celsíus-kvarðann er hitastigskvarði lægri en íspunkturinn venjulega merktur með neikvæðri tölu.
3.2 Fahrenheit kvarði
Fahrenheit vill að hitakvarðarnir séu jákvæðir. Þess vegna valdi hann 0 ° F fyrir hitastig blöndu af ís og saltvatni (kaldasta hitastig sem vatn getur náð). Þegar mælt er hitastig íspunkta og gufupunkta eru tölurnar sem sýndar eru á Fahrenheit-kvarðanum brot. Að lokum breytti hann kvarðanum aftur þannig að hitastig íspunktsins og gufupunktsins væru heiltölur.
Fyrir Fahrenheit-kvarðann er frostmark hreins vatns (íspunktur) 32 gráður Fahrenheit (32 oF) og suðumark hreins vatns (gufumark) er 212 gráður Fahrenheit (212 oF). Milli ís- og gufupunktsins eru 180 gráður. Hreint vatn er vatn sem er ekki blandað öðrum efnum. Hreint vetnis20. Þegar við segjum ákveðið hitastig, köllum við það Celsíus (oC) eða Fahrenheit (oF). Dæmi: hitastig heits vatns = 100 oC eða 180 oF. Líkamshitastig mitt = 98 oF. Ef við hins vegar erum að tala um hitabreytingu eða hitamismun, þá köllum við það Celsíusgráðu (Co) eða Fahrenheit gráða (FoDæmi: upphafshitastig vatns er 20 oC. Þegar hitað er breytist hitastigið í 50 oC. Þannig breytist hitastig vatnsins um 30 gráður á Celsíus (30 Co).
