Temperatur
NÄR DU HAR LÄST AVSNITTET TEMPERATUR
•
veta vad som menas med värme
•
veta hur värme påverkar olika material
•
känna till celsius-, fahrenheit- och kelvinskalan
•
känna till begreppet värmeenergi
SKA DU
Värme är rörelse
Kommer du ihåg att allt är uppbyggt av små partiklar som kallas
. atomer och molekyler? Då kommer du säkert också ihåg att de är så
små att vi inte kan se dem med våra ögon. Men om vi tänker oss att
vi ändå kunde titta på partiklarna i ett ämne, då skulle vi upptäcka
att de inte ligger stilla. De rör sig hela tiden.
Om vi tittar på partiklarna i till exempel vatten och samtidigt värmer
vattnet, skulle vi se hur de började röra sig snabbare och snabbare. Ju
mer man värmer ett ämne desto snabbare rör sig partiklarna.
I en gas som luft och i en vätska som vatten, rör sig partiklarna hela
tiden. I fasta ämnen som is och järn, kan partiklarna inte röra sig
fritt. De ligger nästan helt stilla. De vibrerar bara lite. Oavsett om
partiklarna bara vibrerar eller rör sig på annat sätt, är det de här
rörelserna som är värme.
Ju varmare ett ämne är, desto
kraftigare är atomernas rörelser.
Värmeutvidgning
Locket på syltburken sitter hårt och du kan inte få upp det. Vad
ska du göra? Det finns ett bra knep. Om du spolar varmt vatten på
metallocket, går det oftast lätt att få upp. Varför är det så?
När något blir varmare börjar partiklarna att röra sig mer och mer.
Partiklar som ligger intill varandra börjar knuffas så mycket att de
inte kan ligga kvar lika tätt som tidigare. De behöver lite mer plats.
Då blir locket lite större och burken går att öppna. Glasburken blir
också lite större men inte lika mycket.
42
Värme
t!)~-------------------------------------------------------
Det är tack vare värmeutvidgningen
som du kan du få upp locket
och lägga lite sylt på pannkakorna.
Även om ett ämne blir större när man värmer det blir partiklarna
förstås inte fler eller större. Det är precis lika många partiklar som
tidigare, men de är lite mer utspridda.
När partiklarna inte är tätt packade tar ämnet större plats och har
samtidigt lägre densitet. Det är därför varmluftsballonger kan stiga
uppåt. Den varma luften i ballongen utvidgar sig och luften i
ballongen får då lägre densitet än den kalla luften utanför ballongen.
Ju varmare ett ämne är, desto större
plats tar ämnet.
Nu kan den varma luften stiga uppåt i den kalla luften och dra med
sig ballongen upp.
Partiklar sprids
Att ämnen sprids i naturen känner de flesta till. Gaser och små lätta
partiklar sprids snabbt och lätt i luften. Koldioxid som vi släpper ut
i Sverige påverkar därför hela jordens atomsfär. Svavel från kol- och
oljeeldning i norra Europa, sprids med vindarna till Skandinavien
och påverkar våra skogar och sjöar.
Många ämnen kan också spridas med vatten. Vatten är ständigt
i rörelse i naturen, genom jorden, växterna och djuren mot sjöar
och hav. På sin väg löser och transporterar
vattnet olika ämnen och
partiklar, som då sprids i naturen. Därför är det viktigt att vi renar
vårt avloppsvatten för att skydda sjöarna och haven.
Varm luft har lägre densitet än kall
luft. Därför lyfter ballongen.
Temperatur
43
Vatten är ett undantag
Nästan alla ämnen utvidgar sig när man värmer dem. Det gäller
fasta ämnen, vätskor och gaser. Men vatten är ett undantag. Vatten
har sin högsta densitet vid +4 grader Celsius. Blir vattnet varmare
än +4 grader Celsius utvidgar sig vattnet och får lägre densitet.
Detta stämmer bra med andra ämnen.
Men om vatten blir kallare än +4 grader händer samma sak! Vattnet
utvidgar sig och får lägre densitet. Denna egenskap skiljer vatten
från andra ämnen.
Det innebär också att djupa sjöar inte kan bottenfrysa.
Vattentemperaturen
vid botten är alltid +4 grader året runt,
eftersom det vattnet alltid har högst densitet och sjunker till botten.
Is och varmt vatten flyter ovanpå.
Vattnets ovanliga egenskaper har stor betydelse för fiskar och andra
vattenlevande organismer. De kan överleva vintern vid botten utan
att bli infrysta i isen.
sommar
+20°
vinter
0°
Om en sjö är tillräckligt djup är
temperaturen vid botten alltid +4
grader Celsius. Det beror på att vatten
är som tyngst, har sin högsta densitet,
vid +4 grader Celsius.
+4°
44
Värme
~~-------------------------------------------------------
Temperatur
Om du hoppar i en varm bubbelpool efter att ha simmat i den
vanliga bassängen så bränns det nästan. Men när du har suttit där
ett tag känns det behagligt. Det är alltså inte helt lätt att avgöra hur
varmt eller kallt något är, kroppen vänjer sig.
40
30
20
10
När vi vill ha ett mått på hur varmt eller kallt något är behöver
vi en temperaturmätare,
en termometer. Det var tysken Gabriel
±o
Daniel Fahrenheit som i början av 1700-talet uppfann den typ av
10
termometer som används än i dag.
20
Den här typen av termometer kallas vätsketermometer och består
av ett smalt glasrör med en vätska i. När det blir varmare utvidgar
sig vätskan och tar större plats. Då stiger den uppåt i glasröret och
man kan läsa av temperaturen
på en skala. Vätskan i termometern
30
40
När det blir varmare
utvidgas vätskan och
stiger upp i röret.
är oftast en alkohol. Tidigare var kvicksilver vanligt i termometrar.
Men eftersom kvicksilver är giftigt är det numera förbjudet att
använda kvicksilver i termometrar.
Idag använder vi mest digitala termometrar. De digitala termometrarna har flera fördelar jämfört med de gamla vätsketermometrarna. De är mer exakta och siffrorna är lättare att avläsa.
Nackdelen är att de måste ha ett batteri för att fungera.
Celsiusskalan
Termometrar visar hur varmt eller kallt något är. Men det finns flera
olika temperaturskalor. Vi använder celsiusskalan som uppfanns
1742 av svensken Anders Celsius. Celsiusskalan visar O grader när
vatten smälter och 100 grader när vatten kokar.
För att undvika missförstånd och visa vilken skala vi använder säger
vi "25 grader Celsius". I text förkortas det till 25 "C,
Här i Sverige tycker vi att +25 grader är en skön sommardag.
Men när en amerikansk termometer visar +25 grader tar man på
sig vinterkläder. Det beror på att man använder en helt annan
temperaturskala
i USA. De använder fahrenheitskalan (OF).
Det finns fler temperaturskalor.
Vetenskapsmän använder ofta
kelvinskalan (K). Kelvinskalan börjar vid den absoluta nollpunkten.
Det är den ~emperatur då alla partiklar har slutat röra sig helt.
Celsiusskalan visar då -273 grader.
-------------------------------'ID
Hur mycket är
+25 °P i °C?
Temperatur
45
Värmeenergi
Hur varmt något är beror på partiklarnas rörelse. Man kan också
säga att värme är energi. Varmt vatten har mer energi än kallt
vatten. I det varma vattnet rör sig partiklarna snabbare än i det
kalla. Vattnets energi som orsakas av partiklarnas rörelser, kallas
värmeenergi.
Du kommer att lära dig mer om energi längre fram i boken, men det
kan vara bra att veta att det finns olika sorters energi. Några exempel
är rörelseenergi, lägesenergi, kemisk energi och värmeenergi.
Energi kan aldrig försvinna, bara omvandlas till andra sorters
energi. När du till exempel bromsar med en cykel omvandlas
rörelseenergin till värmeenergi i bromsarna.
Men hur kan det komma sig att man bränner sig på vatten som är
50 grader, men inte i en bastu som är 80 grader? Jo, värme är hela
mängden värmeenergi som finns i materialet. Och hur mycket
värmeenergi det finns beror på tre saker - materialets temperatur,
vilket material det är och mängden material.
46
Värme
I all rörelse finns det energi, det kallas
rörelseenergi.
{!)~--------------------------------------------------------
Du kan sitta i en bastu som är över 80 grader utan att bränna dig!
Det förklarar varför du nästan bränner dig i SO-gradigt vatten,
men att du kan sitta i en 80-gradig bastu ett bra tag utan att det
känns obehagligt. Vatten är nämligen ett ämne som kan innehålla
mer värmeenergi än luft. Det förklarar också varför du kan stoppa
in handen i en varm ugn utan att bränna dig, men om du råkar
komma åt bakplåten ...
Energi mäts i enheten joule
En engelsk fysiker som hette James Joule har fått ge namn åt den
enhet som man använder för att mäta energi. Du kanske har sett
att det brukar stå på matförpackningar
hur många kilojoule (kJ) de
innehåller. Det handlar helt enkelt om hur mycket energi man får i
sig när man äter maten.
Vilka är enheter
tör temperatur?
Kan du?
1. Vad har värme med atomer och molekylers rörelse att göra?
a)
2. Vid vilken temperatur har vatten sin högsta densitet?
O(
b) J
3. Vilken temperaturskala använder vi i Sverige tör att mäta temperatur?
c) OF
4. I vilken enhet mäter man energi?
d) K
---------------------------~,
3
Temperatur
47