REp99R8vS1GEG
Na podłodze leży plan budynku narysowany na białej kartce. Na planie leży kask budowlany, klucz, próbnik farb, cyrkiel, ołówek, miara, rulony papieru. Na czarnym pasku napis: Matematyka w otaczającym nas świecie.

Matematyka w otaczającym nas świecie

Źródło: Fotolia, tylko do użytku edukacyjnego na zpe.gov.pl.

3. Temperatura

Czy dzisiaj po wyjściu  na dwór będzie mi zimno czy gorąco? Informuje nas o tym temperatura powietrza.

W tym materiale poznamy różne rodzaje temperatur i jednostki z nimi związane.

Przyrząd do pomiaru temperatury ciał fizycznych metodą stykową lub bezstykową nazywamy termometrem. W Polsce i wielu innych krajach Europy wystarczy powiedzieć, że temperatura powietrza wynosi dziś dwadzieścia stopni i nie trzeba dodawać, że są to stopnie w skali zdefiniowanej przez Andersa CelsjuszaAnders CelsjuszAndersa Celsjusza - osiemnastowiecznego szwedzkiego badacza. Jak powstała skala Celsjusza? Zobacz to na filmie, a jeśli masz możliwość – powtórz doświadczenie.

R4INTtousoCzU
Nagranie wideo prezentujące wyskalowanie termoskopu.
Anders Celsjusz25.04.1744Uppsala, Szwecja27.11.1701Uppsala, Szwecja
R10taDOWeCULO
Anders Celsjusz
Źródło: dostępny w internecie: www.astro.uu.se [dostęp 23.02.2022], domena publiczna.

Anders Celsjusz

Szwedzki fizyk i astronom. W 1742 opracował skalę temperatur nazywaną skalą Celsjusza i stosowaną powszechnie w wielu krajach.

Stopień Celsjusza (symbol °C) jest często używaną w Polsce jednostką temperatury, jednak w obowiązującym nas układzie SI jednostką temperatury jest kelwin (symbol K). Nazwa pochodzi od nazwiska lorda KelvinaWilliam Thomson, lord Kelvinlorda Kelvina. Warto tutaj zauważyć, że określenie „stopień Kelvina” – używane dość często przez początkujących miłośników nauk ścisłych – jest błędne. Mówimy więc, że temperatura wynosi „ileś stopni Celsjusza” lub „ileś kelwinów”.

William Thomson, lord Kelvin26.06.1824Largs, Szwecja17.12.1907Belfast, Irlandia Północna
R10oCGH5wJGAU
William Thomson, lord Kelvin
Źródło: Messrs. Dickinson, dostępny w internecie: https://www.sil.si.edu/ [dostęp 23.02.2022], domena publiczna.

William Thomson, lord Kelvin

Brytyjski naukowiec: fizyk, matematyk i przyrodnik. Podał własne sformułowanie drugiej zasady termodynamiki, badał elektryczność i magnetyzm.

Skala Kelvina obowiązuje w laboratoriach naukowych i dokumentach mających charakter oficjalny.  Istnieje związek pozwalający łatwo przeliczyć temperaturę odczytaną w skali Celsjusza na kelwiny:

TKelvina=tCelsjusza+273,15tCelsjusza+273

Ciekawostka

Zero absolutne
W drugiej połowie XIX w. fizycy odkryli, że temperatura jest przejawem chaotycznego ruchu cząstek, z których składa się materia. W substancjach stałych cząstki drgają, w cieczach – przemieszczają się swobodnie we wszystkich kierunkach, zderzając się ze sobą niczym kule bilardowe, a w gazach – poruszają się swobodnie we wszystkich kierunkach.
Zero absolutne (zero bezwzględne) to 0 K (kelwinów) czyli -273,15°C. Jest to taka temperatura, w której cząstki nieruchomieją, przestają się przemieszczać, drgać i obracać, czyli mają najniższą możliwą energię.

R1DqodWrNSkCy
Aplikacja interaktywna umożliwiająca porównanie ze sobą skali temperaturowych Celsjusza i Kelwina. Na ekranie znajdują się obok siebie dwa termometry, z których lewy, wyskalowany w stopniach Celsjusza, ma naniesione temperatury od –273 do 100 stopni Celsjusza, a prawy, wyskalowany w kelwinach, ma naniesione temperatury od 0 do 400 kelwinów. Na obu tych skalach wyróżniono czerwonymi przerywanymi kreskami temperatury zera bezwzględnego oraz zamarzania i wrzenia wody. W skali Celsjusza wynoszą one kolejno: –273 stopnie Celsjusza, 0 stopni Celsjusza oraz 100 stopni Celsjusza. W skali Kelwina wynoszą odpowiednio: 0 kelwinów, 273 kelwiny oraz 373 kelwiny. Po prawej stronie znajduje się interaktywny suwak umożliwiający podnoszenie i obniżanie temperatury na obydwu skalach.
Skale Celsjusza i Kelvina
Źródło: Michał Szymczak, licencja: CC BY-SA 3.0.

W poniższych ćwiczeniach będziemy przeliczać temperaturę między stopniami Celsjusza i kelwinami, używając przybliżonej wartości 273, gdyż podane temperatury są mierzone z dokładnością do jednego stopnia Celsjusza lub jednego kelwina.

Przykład 1

25 C = ( 25 + 273 )   K = 298   K

t Celsjusza = T Kelvina 273

400   K = ( 400 273 ) C = 127 C

Ciekawostka

Na początku XVIII w., pochodzący z Gdańska holenderski inżynier Daniel Fahrenheit (czyt. harenhait) wynalazł termometr rtęciowy oraz, wzorując się na duńskim astronomie Olem Romerze, stworzył nową skalę temperatur. Ole Romer (czyt. ule roma) za temperaturę wrzenia wody przyjął 60 stopni, zgodnie z systemem sześćdziesiątkowym, który jest używany do pomiaru kątów i czasu  (podział na sekundy i minuty). Według tej skali woda zamarza w 7,5 stopnia, a temperatura ciała ludzkiego wynosi 22,5 stopnia.
Daniel Fahrenheit, który nie lubił ułamków, najpierw pomnożył stopnie Romera przez cztery, a potem jeszcze nieco zmienił, żeby różnica między zerem a temperaturą ludzkiego ciała była równa 64 stopniom. Umożliwiło mu to podzielenie jednego odcinka wielokrotnie na pół  i zrobienie podziałki w swoich termometrach. Tak oto temperatura zamarzania wody w skali Fahrenheita ma wartość 32, a wrzenia – 212 stopni. Amerykanie używają tej skali do dziś. Europejczycy korzystają ze skali szwedzkiego astronoma i fizyka Andersa Celsiusa (czyt. andersa celsiusa), w której 0 stopni to temperatura topnienia lodu, a 100 stopni – temperatura wrzenia wody. Używanie innych skal przez Amerykanów i Europejczyków jest ogromnym utrudnieniem ze względu na brak prostego przelicznika. Prowadzi to do sytuacji, w której Europejczycy i Amerykanie nie są w stanie w pamięci w szybki i łatwy sposób przeliczyć skali Celsiusa na Fahrenheita i odwrotnie.

R9JpGnoks3TFf
Skala Celsjusza i Fahrenheita
Źródło: Krzysztof Jaworski, Małgorzata Bartoszewicz, Agnieszka Kamińska-Ostęp, licencja: CC BY-SA 3.0.
Ćwiczenie 1
RNCjKh3ajWxl0
Ile to kelwinów? Uzupełnij luki wpisując odpowiednie liczby. 0°C= Tu uzupełnij  K100°C= Tu uzupełnij  K27°C= Tu uzupełnij  K-10°C= Tu uzupełnij  K
Źródło: Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 2
RptOsbswKKi9U
Ile to stopni Celsjusza? Uzupełnij luki wpisując odpowiednie liczby. 0 K= Tu uzupełnij°C450 K= Tu uzupełnij°C173 K= Tu uzupełnij°C295 K= Tu uzupełnij°C
Źródło: Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 3

R1YaChZdLd0QR
Arrange the temperature in Celsius degrees (°C ) to the temperature in Kelvin (K). 25°C Możliwe odpowiedzi: 1. 273 K, 2. 0 K, 3. 373 K, 4. 275 K, 5. 298 K 0°C Możliwe odpowiedzi: 1. 273 K, 2. 0 K, 3. 373 K, 4. 275 K, 5. 298 K 2°C Możliwe odpowiedzi: 1. 273 K, 2. 0 K, 3. 373 K, 4. 275 K, 5. 298 K -273°C Możliwe odpowiedzi: 1. 273 K, 2. 0 K, 3. 373 K, 4. 275 K, 5. 298 K 100°C Możliwe odpowiedzi: 1. 273 K, 2. 0 K, 3. 373 K, 4. 275 K, 5. 298 K
Ćwiczenie 4
R8s9wMt6Fu8fs
Wyszukaj w dostępnych źródłach informacje o skalach innych niż stopnie Celsjusza: skali Kelvina i skali Fahrenheita, oraz o sposobie przeliczania temperatur podanych w stopniach Celsjusza na te skale i odwrotnie. Uzupełnij luki w zdaniach, wpisując odpowiednie liczby. Temperatura u skali Celsjusza jest równa 37,2° C, w skali Kelvina wynosi Tu uzupełnij K, natomiast w skali Fahrenheita Tu uzupełnij° F.Temperatura w skali Kelvina jest równa 4 K, w skali Celsjusza wynosi Tu uzupełnij° C.Temperatura w skali Kelvina jest równa -7,5 K, w skali Fahrenheita wynosi Tu uzupełnij° F.
Źródło: Zespół autorski Politechniki Łódzkiej, licencja: CC BY 3.0.
R13EUGsmbFYya
Ćwiczenie 5
Uzupełnij krzyżówkę, wpisując odpowiednie nazwiska twórców skal temperatur, których imiona są podane.

Notatnik

Możesz skorzystać z poniższego pola tekstowego do zapisania swoich notatek, rozwiązań zadań i innych informacji, które uważasz za potrzebne.

R1b8OvSPUG8s3
(Uzupełnij).
Źródło: Zespół autorski Politechniki Łódzkiej, licencja: CC BY 3.0.
Anders Celsjusz25.04.1744Uppsala, Szwecja27.11.1701Uppsala, Szwecja
R10taDOWeCULO
Anders Celsjusz
Źródło: dostępny w internecie: www.astro.uu.se [dostęp 23.02.2022], domena publiczna.

Anders Celsjusz

Szwedzki fizyk i astronom. W 1742 opracował skalę temperatur nazywaną skalą Celsjusza i stosowaną powszechnie w wielu krajach.

William Thomson, lord Kelvin26.06.1824Largs, Szwecja17.12.1907Belfast, Irlandia Północna
R10oCGH5wJGAU
William Thomson, lord Kelvin
Źródło: Messrs. Dickinson, dostępny w internecie: https://www.sil.si.edu/ [dostęp 23.02.2022], domena publiczna.

William Thomson, lord Kelvin

Brytyjski naukowiec: fizyk, matematyk i przyrodnik. Podał własne sformułowanie drugiej zasady termodynamiki, badał elektryczność i magnetyzm.