Artikel over thermometers en temperatuurschalen
1. Thermometers
Een thermometer is een instrument waarmee de temperatuur wordt gemeten. Er bestaan veel verschillende soorten thermometers, maar het werkingsprincipe is hetzelfde. Meestal gebruiken we thermometrische objecten, materialen die van vorm veranderen met de temperatuur. Als de temperatuur van een object verandert, verandert ook de vorm en grootte ervan. De meeste thermometers gebruiken objecten die uitzetten of krimpen bij temperatuurveranderingen. Thermometers die vaak worden gebruikt, bestaan uit glazen buizen met alcohol of kwik in het midden. Wanneer de temperatuur stijgt, zet de alcohol of het kwik in de buis uit, waardoor de lengte van de alcohol- of kwikkolom toeneemt. Omgekeerd, wanneer de temperatuur daalt, neemt de lengte van de alcohol- of kwikkolom af. Aan de buitenkant van de glazen buis staan cijfers die de schaalverdeling van de thermometer vormen. Het getal bovenaan de alcohol- of kwikkolom geeft de temperatuurwaarde van het te meten object aan.
Andere veelgebruikte thermometers zijn thermometers die gebruikmaken van bimetaalplaten (twee metalen van verschillende soorten en met verschillende uitzettingssnelheden). Wanneer de temperatuur stijgt, zet het ene metaal meer uit dan het andere. Hierdoor buigen de platen. Meestal is een bimetaalplaat spiraalvormig, waarbij het ene uiteinde van de plaat vastzit en het andere uiteinde is verbonden met de schaalverdeling. Wanneer de temperatuur verandert, draait de wijzer. Thermometers die gebruikmaken van bimetaalplaten worden doorgaans gebruikt als luchtthermometers, kamerthermometers, oventhermometers, enzovoort. Een thermometer die nauwkeuriger is, maakt vaak gebruik van de elektrische eigenschappen van een object.
2. Kalibratie van de thermometer
Het kalibreren van een thermometer is het proces waarbij een thermometer wordt gekalibreerd. Hier volgen enkele stappen om de thermometer te kalibreren. Ten eerste, zorg voor een kwikthermometer of alcoholthermometer zonder schaalverdeling. Ten tweede, zorg voor ijs. Ten derde, zorg voor water. Ten vierde, zorg voor een waterkoker waarmee het water aan de kook kan worden gebracht. Ten vijfde, doe het ijs en het water in een bak (het water en het ijs hebben dezelfde massa). Plaats vervolgens de thermometer in de bak met het water en het ijs.
In eerste instantie moet de thermometer in contact komen met lucht, waardoor de thermometer warmer is dan het ijs. Nadat de thermometer in een bakje is geplaatst, zal de lengte van de kwikkolom afnemen omdat het mengsel van water en ijs meer afkoelt. Wacht tot de lengte van de kwikkolom niet meer verandert (het kwikoppervlak beweegt niet meer). Wanneer de lengte van de kwikkolom niet meer verandert, is het mengsel van ijsblokjes en water in thermisch evenwicht. Markeer de positie van de kwikkolom (markeer het bovenste uiteinde van de kwikkolom). Dit is de temperatuur van het vriespunt van water. Ten zesde, kook water met een elektrische boiler. Plaats de thermometer in een bakje met verwarmd water. Naarmate het water warmer wordt of de watertemperatuur stijgt, neemt ook de lengte van de kwikkolom toe (het kwikoppervlak beweegt omhoog). Nadat het water kookt, beweegt het kwikoppervlak niet meer. Markeer het einde van de kwikkolom. Dit is de temperatuur van het kookpunt van water.
Om een Celsius-schaal te maken, verdeel je de afstand tussen de twee markeringen in 100 streepjes, waarbij de afstand tussen elk streepje gelijk moet zijn. Het onderste streepje staat voor 0 ° C, terwijl het bovenste streepje staat voor 100 ° C. Zie de afbeelding hiernaast. Het vriespunt en het kookpunt zijn afhankelijk van de luchtdruk. Daarom zal een thermometer die gekalibreerd is op een plek met een andere luchtdruk, andere resultaten geven. Kwikthermometers, die veel gebruikt worden, zijn gekalibreerd bij één atmosferische druk, zodat het vriespunt van water 0 ° C is en het kookpunt 100 ° C. Gewone thermometers zoals kwikthermometers of alcoholthermometers hebben echter beperkingen. Ze kunnen niet gebruikt worden om zeer lage temperaturen (lager dan 0 ° C) of zeer hoge temperaturen (hoger dan 100 ° C) te meten.
3. Temperatuurschalen
Om met een thermometer de temperatuur te meten, is het noodzakelijk om een temperatuurschaal in te stellen. Er worden vaak twee temperatuurschalen gebruikt: de Celsius-schaal en de Fahrenheit-schaal. De Celsius-schaal wordt ook wel centigrade genoemd. Centigrade = honderd stappen. De temperatuurschaal die cruciaal is in de wetenschap is de absolute schaal, oftewel de Kelvin-schaal. Over de Kelvin-schaal wordt later meer verteld. De vaste waarden van de Celsius- en Fahrenheit-schaal zijn het vriespunt en het kookpunt van water. Het vriespunt van een stof is de temperatuur waarbij de vaste en vloeibare vorm in thermisch evenwicht verkeren. Het kookpunt van een stof is daarentegen de temperatuur waarbij de vloeibare en gasvormige vorm in thermisch evenwicht verkeren. Het vriespunt en het kookpunt veranderen voortdurend met de luchtdruk, dus de luchtdruk moet eerst worden bepaald. Meestal gebruiken we de standaarddruk, die 1 atm (één atmosfeer) is. Een atmosfeer is een eenheid van luchtdruk.
3.1 Celsius-schaal
Het vaste punt boven de Celsius-schaal gebruikt het kookpunt van zuiver water, terwijl het vaste punt onder de Celsius-schaal het vriespunt van zuiver water gebruikt. Het vriespunt van zuiver water is nul graden Celsius (0 °C). oC) en de temperatuur van het kookpunt van zuiver water (ook wel damppunt genoemd) is honderd graden Celsius (100 oC). Tussen het vriespunt en het verdampingspunt liggen 100 graden. Bij thermometers die de Celsius-schaal gebruiken, wordt een temperatuur lager dan het vriespunt meestal aangegeven met een negatief getal.
3.2 Fahrenheit-schaal
Fahrenheit wilde dat temperatuurschalen positief waren. Daarom koos hij 0 ° F voor de temperatuur van een mengsel van ijs en zout water (de koudste temperatuur die water kan bereiken). Bij het meten van het vriespunt en het verdampingspunt zijn de getallen op de Fahrenheit-schaal breuken. Uiteindelijk veranderde hij de schaal opnieuw, zodat de temperatuur van het vriespunt en het verdampingspunt gehele getallen werden.
Op de Fahrenheit-schaal is het vriespunt van zuiver water 32 graden Fahrenheit (32 °C). oF) en het kookpunt van zuiver water (damppunt) is 212 graden Fahrenheit (212 oF). Tussen het vriespunt en het damppunt liggen 180 graden. Zuiver water is water dat niet met andere stoffen is vermengd. Zuiver H20. Wanneer we het over een bepaalde temperatuur hebben, noemen we dat Celsius (oC) of Fahrenheit (oF). Voorbeeld: temperatuur warm water = 100 oC of 180 oMijn lichaamstemperatuur is 98 graden. oF. Omgekeerd, als we het hebben over temperatuurverandering of temperatuurverschil, dan spreken we van Celsius (C).o) of graden Fahrenheit (Fo). Voorbeeld: de begintemperatuur van het water is 20 oC. Eenmaal verwarmd, verandert de temperatuur naar 50 oC. Water ondergaat dus een temperatuurverandering van 30 graden Celsius (30 C).o).
