46-47 / 83
46
47
Námsgagnastofnum 2015
–
07011
EÐLIS- OG STJÖRNUFRÆÐI
Til að skoða betur hugmyndir vinanna skulum við gera athugun. Tökum
þrjú glös og fyllum þau af vatni, eitt með köldu kranavatni, annað með volgu
og það þriðja með heitu kranavatni (ekki of heitu svo það brenni ekki).
Stingum síðan fingri í heita vatnið og öðrum í kalda vatnið og höldum þeim
í vatninu í u.þ.b. eina mínútu. Dýfum síðan báðum fingrunum í glasið með
volga vatninu.
Hvað kemur í ljós? Þegar við fluttum fingurinn sem var í kalda vatninu
yfir í volga vatnið fannst okkur hitastigið hækka, en þegar við fluttum
fingurinn úr heita vatninu í volga vatnið þá fannst okkur hitastigið lækka.
Skynjun okkar á hitastigi volga vatnsins var því mismunandi eftir því hvort
fingurinn hafði verið í kalda eða heita vatninu. Mannslíkaminn getur gefið
ákveðna vísbendingu fyrir því hvort hlutur er heitur eða kaldur. Til þess
að mæla hitastig nákvæmlega er nauðsynlegt að nota hitamæli.
Hitastig
er
hugtak sem lýsir því hversu heitur eða kaldur hlutur er og tengist þeirri orku
sem býr í viðkomandi efni eða hlut.
Hitamælar mæla nákvæmt hitastig hluta
Eins og flestir vita eru
hitamælar
notaðir til þess að mæla nákvæmt hitastig
hluta, eða mæla hversu kaldir eða heitir hlutir eru. Þróaðar hafa verið
mismunandi gerðir af hitamælum. Algengasta gerð hitamæla byggist á því
að mörg efni þenjast út þegar hitastig þeirra hækkar. Talið er að Grikkir hafi
þekkt þetta eðlisfræðilega fyrirbæri fyrir meira en 2000 árum. Hitamælar í
þeirri mynd sem við þekkjum eru uppfinning evrópskra vísindamanna á 17.
og 18. öld. Hitamælar eru með algengustu vísindatækjum nútímans. Þeir
eru til dæmis notaðir á rannsóknarstofum við margskonar hitamælingar, á
heimilumtilaðmælalofthitaoglíkamshita.Ímörgumframleiðslufyrirtækjum
eru hitamælar notaðir til að fylgjast með hita hluta sem verið er að framleiða.
Hvert er lægsta hitastigið?
Hitamælar með selsíuskvarða eru algengustu hitamælarnir. Með þeim er
hitastig mælt í gráðum á selsíus, táknað með °C.Vísindamenn hafa fundið út
að ekki er hægt að kæla efni niður fyrir hitastigið –273 °C. Þetta hitastig er
kallað
alkul
. Út frá því nota vísindamenn stundumhitastigskvarða semheitir
kelvinkvarði sem er þannig að hitastigið er núll við alkul. Kelvinkvarðinn er
táknaður með bókstafnum K (kelvin). Sambandið á milli selsíuskvarðans
og kelvinkvarðans er þannig að 273 stigum er bætt við selsíusgráðurnar til
að fá mælinguna í kelvin. Við alkul er hitastigið -273 ° C = 0 K, vatn frýs
við 0 °C = 273 K og sýður við 100 °C = 373 K. Kelvinkvarði er notaður í
vísindum og er hluti af alþjóðlega SI-einingakerfinu.
Þrjár mismunandi tegundir hitamæla,
venjulegur hitamælir á sjúkrahúsi, stafrænn
hitamælir og sérstakur hitamælir sem mælir
innrauða geislun.
Venjulegur hitamælir, samsettur úr glerpípu með
kvarða og fljótandi efni. Fljótandi efnið í glerpípunni,
sem oft er kvikasilfur eða alkahól, þenst út eða dregst
saman við breytingu á hitastigi.
Mismunandi hitamælar
Hitamælar eru til í mismunandi stærðum og gerðum. Hitamælir, sem
notaður er til að mæla hitastig fljótandi áls í álveri, þarf að hafa aðra
eiginleika en venjulegur hitamælir sem er notaður á sjúkrahúsi til að
mæla líkamshita. Ál bráðnar við 660 °C en venjulegt hitastig líkama
sjúklings á sjúkrahúsi er yfirleitt í kringum 37 °C. Þar af leiðandi þarf
hitamælir í álveri að þola miklu hærra hitastig. Það eru til hitamælar
sem nema innrauðar bylgjur til að mæla hitastig, eins og til dæmis
eyrnahitamælar. Einnig eru til stafrænir hitamælar með tölvuskjá
sem geta verið mjög nákvæmir. Við flutning á mat og lyfjum eru slíkir
hitamælar oft tengdir tölvu sem getur sent skilaboð ef hitastigið verður
of hátt eða lágt.
Ef við skoðum nánar hitamælinn sem notaður er til að mæla
líkamshita, þá er hann gerður úr glerpípu og inni í henni er
fljótandi efni. Við glerpípuna er kvarði sem sýnir hitastig. Til
þess að sjá breytingar á hitastigi þarf efnið í glerpípunni að þenjast
út við hækkandi hitastig og dragast saman við lækkandi hitastig.
Því hækkar súlan eða lækkar eftir því sem hitastigið breytist. Oft
er notað kvikasilfur eða alkóhól í svona mæla. Algengast er að
selsíuskvarðinn sé notaður á þeim.
verkefni/UMRÆÐUR
1.
Hvað er hitastig?
2.
Hver er SI-mælieiningin fyrir hitastig?
3.
Er gott að nota mannslíkamann til að meta hitastig?
4.
Hver er munurinn á venjulegum hitamæli og hitamæli sem
notaður er í iðnaði?
Sambandið á milli selsíuskvarðans og kelvin
kvarðans er þannig að 273 stigum er alltaf bætt við
selsíusgráðurnar til að fá mælinguna í kelvin.