Je dnes deň na bundu, alebo na tričko? Nie je voda vo vani príliš horúca? Nemáš horúčku? Na takéto otázky potrebujeme poznať teplotu – aké teplé alebo studené niečo je.

Prečo je niečo teplé alebo studené?

Všetko sa skladá z drobných čiastočiek: z atómov a z malých skupiniek atómov, ktoré držia pokope. Sú oveľa menšie, než aby sa dali uvidieť, dokonca aj obyčajným mikroskopom.

Tieto čiastočky sa nikdy neprestanú hýbať. V pevnej látke, napríklad v kocke ľadu alebo v lyžici, sa chvejú na mieste. V kvapaline, napríklad vo vode, sa chvejú a kĺžu popri sebe. V plyne, napríklad vo vzduchu, lietajú sem a tam a narážajú do seba.

Keď sa niečo zohreje, jeho čiastočky sa chvejú rýchlejšie. Keď sa ochladí, spomalia sa. Teplota teda hovorí, ako rýchlo sa čiastočky chvejú: čím rýchlejšie, tým je teplota vyššia.

Čiastočky v studenej a v horúcej veci Dve škatule s rovnakými čiastočkami. V studenej škatuli vľavo krátke šípky ukazujú, že sa čiastočky pohybujú pomaly. V horúcej škatuli vpravo dlhé šípky ukazujú, že sa pohybujú rýchlo. studené horúce pomalé chvenie rýchle chvenie
Šípky ukazujú, ako rýchlo sa každá čiastočka pohybuje. V studenej veci sa čiastočky chvejú pomaly, v horúcej rýchlo.

Ako meriame teplotu?

Teplotu meriame teplomerom. Mnohé teplomery sú tenké sklené trubičky s farebnou kvapalinou vnútri.

Keď sa kvapalina zohreje, zaberie trochu viac miesta, a tak v trubičke stúpa. Keď sa ochladí, zase klesne. Čísla na stupnici ukazujú teplotu.

Mnohé digitálne teplomery majú namiesto toho na špičke drobnú elektronickú súčiastku. Elektrina ňou prechádza ľahšie alebo ťažšie podľa toho, aká je teplá. Malý čip z toho vypočíta číslo na displeji.

Stupne Celzia

Vo väčšine krajín meriame teplotu v stupňoch Celzia, ktoré píšeme °C. Stupnica sa riadi vodou:

  • Pri 0 °C voda zamŕza na ľad a ľad sa topí.
  • Pri 100 °C voda vrie – aspoň pri hladine mora.

Vysoko v horách vrie voda pri nižšej teplote. Prečo, to zistíš v článku prečo voda nevrie vždy pri rovnakej teplote.

Teploty pod bodom mrazu majú pred číslom znamienko mínus. Takže −18 °C znamená 18 stupňov pod bodom mrazu.

Stupnica má meno po Andersovi Celsiovi, švédskom astronómovi. Opísal ju v roku 1742.

Od mrazničky až po Slnko

Tu je niekoľko teplôt na porovnanie:

ČoTeplota
Najstudenší vzduch, aký kedy na Zemi namerali, v Antarktídeasi −89 °C
V mrazničke−18 °C
Voda zamŕza, ľad sa topí0 °C
V chladničkeasi 4 °C
Príjemná izbaasi 20 °C
Tvoje teloasi 37 °C
Voda vrie (pri hladine mora)100 °C
Horúca rúra na pečenieasi 200 °C
Povrch Slnkaasi 5 500 °C

Tvoje telo si udržiava teplotu asi 37 °C, v lete aj v zime. Keď ochorieš, môže vystúpiť o niečo vyššie. Vtedy máš horúčku.

Pokus: kov a drevo

Tu je bezpečný pokus s prekvapením. Nájdi kovovú a drevenú lyžicu, ktoré aspoň hodinu ležali v tej istej izbe. Teraz majú obe rovnakú teplotu ako izba.

Dotkni sa ich, jednej po druhej. Kovová lyžica studí oveľa viac! Teplomer by však pri oboch ukázal rovnakú teplotu. Ako je to možné?

Tvoja ruka je teplejšia ako izba, takže z nej do všetkého, čoho sa dotkneš, tečie teplo. Kov vedie teplo veľmi rýchlo. Rýchlo ti ho odoberá z kože, a tá sa ochladí. Drevo vedie teplo pomaly, takže koža zostane teplá.

Tvoja koža necíti teplotu veci, ktorej sa dotýkaš. Cíti, ako rýchlo stráca teplo. Rýchlo znamená „studené!“ a pomaly znamená „nie až také studené“.

Kov a drevo s rovnakou teplotou Jeden prst sa dotýka kovového kvádra a druhý dreveného kvádra. Oba kvádre majú teplotu 20 °C. Tri veľké šípky ukazujú, ako teplo rýchlo uniká z prsta do kovu, a preto kov studí. Jedna malá šípka ukazuje, ako teplo pomaly prechádza do dreva, a preto sa drevo zdá teplejšie. kov 20 °C studí drevo 20 °C zdá sa teplejšie
Oba kvádre majú 20 °C. Z prsta sa do kovu rýchlo valí teplo, a preto kov studí. Do dreva teplo prechádza pomaly, a preto sa drevo zdá teplejšie.
Poďme hlbšie: Stupne Fahrenheita pre dospelých a extra zvedavých

V Spojených štátoch merajú teplotu v stupňoch Fahrenheita (°F). Na tejto stupnici voda zamŕza pri 32 °F a vrie pri 212 °F a zdravé telo má asi 98,6 °F. Stupne Celzia na stupne Fahrenheita prepočítaš takto:

F=C⋅95+32F = C \cdot \frac{9}{5} + 32

Tu CC je teplota v stupňoch Celzia a FF je tá istá teplota v stupňoch Fahrenheita. Izba s teplotou 20 °C má 20⋅95+32=6820 \cdot \frac{9}{5} + 32 = 68 °F.

Poďme hlbšie: Kelvin a absolútna nula pre dospelých a extra zvedavých

Dajú sa veci ochladzovať donekonečna? Nie. Čím je niečo chladnejšie, tým pomalšie sa jeho čiastočky chvejú – a existuje hranica: absolútna nula, −273,15 °C. Tam majú čiastočky najmenšie možné chvenie. Nemôžu odovzdať už žiadnu energiu, takže nič nemôže byť chladnejšie. (Kvantová fyzika hovorí, že nepatrné chvenie zostáva aj pri absolútnej nule.)

Vedci často používajú Kelvinovu stupnicu (K), ktorá začína pri absolútnej nule. Jeden kelvin je rovnako veľký dielik ako jeden stupeň Celzia:

TK=TC+273,15T_{\text{K}} = T_{\text{C}} + 273{,}15

Tu TCT_{\text{C}} je teplota v stupňoch Celzia a TKT_{\text{K}} tá istá teplota v kelvinoch. Voda zamŕza pri 273,15 K, izba má asi 293 K a povrch Slnka asi 5 800 K. Kelviny sa píšu bez znaku stupňa.

Absolútnu nulu ešte nikto nedosiahol. Vedci však ochladili atómy na menej ako miliardtinu stupňa nad ňou.

Poďme hlbšie: Čo teplota presne meria pre dospelých a extra zvedavých

Teplota súvisí s priemernou pohybovou energiou čiastočiek, nie s ich celkovou energiou. Preto má vaňa teplej vody oveľa viac tepelnej energie ako hrnček horúceho čaju: čiastočky čaju sa pohybujú rýchlejšie, ale vo vani je ich oveľa viac.

Naša koža je zlý teplomer. Cíti vlastnú teplotu a tá rýchlo klesne, keď materiál odoberá teplo rýchlo. Kovy a kameň to robia výrazne, drevo, korok a vlna takmer vôbec. Inžinieri túto vlastnosť nazývajú tepelná prijímavosť (efuzivita).

Over sa

Kovová a drevená lyžica ležia celý deň v tej istej izbe. Ktorá z nich je studenšia?

Ukáž odpoveď

Ani jedna: majú rovnakú teplotu — Obe majú teplotu izby. Kov sa zdá studenší len preto, že ti rýchlejšie odoberá teplo z ruky.