Άρθρα

Θερμό


Εύρος θερμοκρασίας και θερμικές αισθήσεις

Στην καθημερινότητά μας, είμαστε συνηθισμένοι να νιώθουμε ζεστό ή κρύο όταν αγγίζουμε κάποια αντικείμενα. Είναι θερμικές αισθήσεις.

Είμαστε συνηθισμένοι να συσχετίζουμε αυτές τις θερμικές αισθήσεις με την έννοια της θερμοκρασίας. Λέμε, για παράδειγμα, ότι η θερμοκρασία ενός πάγου είναι χαμηλότερη από τη θερμοκρασία ενός ψημένου βοείου κρέατος που έχει μόλις αφαιρεθεί από το φούρνο.

Φανταστείτε τον εαυτό σας σε ένα χώρο από κεραμικό δάπεδο. Πατάτε τα παπούτσια και τις κάλτσες σας και, ξυπόλυτοι, τοποθετείτε το ένα πόδι σε ένα χαλί και το άλλο απευθείας στο κεραμικό πάτωμα. Στο ένα πόδι θα νιώσετε κρύο και από την άλλη όχι. Κάνετε αυτό το πείραμα!

Αποδεικνύεται ότι τόσο το χαλί όσο και το κεραμικό πάτωμα είναι στην ίδια θερμοκρασία! Αυτό αποδεικνύει ότι η αφή μας δεν είναι πάντα πλήρως αξιόπιστη για τη σύγκριση της θερμοκρασίας δύο αντικειμένων.

Απαιτείται μια επιστημονική μέθοδος για τη μέτρηση της θερμοκρασίας ενός αντικειμένου και την έκφρασή του μέσω αριθμητικής κλίμακας. Έτσι δημιουργήθηκε η έννοια της κλίμακας θερμοκρασίας.

Θερμική επέκταση και συστολή

Ένας συνηθισμένος τρόπος κατασκευής κλίμακας θερμοκρασίας είναι η χρήση κάποιου υλικού που έχει ιδιότητες που εξαρτώνται από τη θερμοκρασία.

Εξετάστε, για παράδειγμα, μια μεταλλική ράβδο που θερμαίνεται σε μια φλόγα, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Καθώς θερμαίνεται, η ράβδος έχει αυξηθεί σε μήκος. Εμφανίζεται η αύξηση του όγκου ενός υλικού που προκαλείται από τη θέρμανση θερμική επέκταση.

Όταν η θέρμανση σταματήσει, η ράβδος θα ψυχθεί σταδιακά και, όπως συμβαίνει, θα επιστρέψει στην αρχική της ένταση. Μειώνεται το μήκος ενός υλικού όταν μειώνεται η θερμοκρασία του θερμική συστολή. Εάν η ράβδος τοποθετηθεί στο ψυγείο, θα συνεχίσει να κρυώνει και να συρρικνώνεται.

Η εμφάνιση της θερμικής διαστολής και της συστολής μας επιτρέπει να δηλώσουμε ότι το μήκος μιας μεταλλικής ράβδου εξαρτάται από τη θερμοκρασία. Είναι επομένως δυνατή η χρήση αυτής της ράβδου για την κατασκευή ενός θερμομέτρου. Κάθε μήκος θα συνδέεται με μια θερμοκρασία. Αλλά το μήκος μιας σταθερής μεταλλικής ράβδου κατά τη θέρμανση ή την ψύξη συνήθως διαφέρει ελάχιστα.

Τα πιο κοινά θερμόμετρα βασίζονται σε έννοιες θερμικής διαστολής και συστολής.αλλά αντί για μια συμπαγή ράβδο χρησιμοποιείται μία στήλη υγρού, η οποία είναι συνήθως χρωματισμένη αλκοόλη ή υδράργυρος.

Όταν υποβάλλονται σε διαφορετικές θερμοκρασίες, η στήλη του υγρού μεταβάλλεται σημαντικά σε όγκο. Όσο μεγαλύτερη είναι η σπονδυλική στήλη, τόσο μεγαλύτερη είναι η διόγκωση και επομένως τόσο υψηλότερη η θερμοκρασία.