Ортаның температурасын анықтау үшін термометрді қолдану

Кез келген термометр өзінің меншікті температурасын көрсетеді. Ортаның температурасын анықтау үшін термометрді осы ортаға орналастырып, термометрдің температурасы қоршаған ортаның температурасымен теңескенге дейін күту керек. Егер ортаның температурасы өзгерсе, онда термометрдің де температурасы өзгереді.

Адамның денесінің температурасын өлшейтін медициналық термометрдің жұмысы сәл өзгеше. Ол максималь термометрлерге жатады, олар өздерін қыздырған температураға дейін қызады. Өзінің меншікті температурасын өлшеген термометр суық ортаға шыққан соң да (адам денесімен салыстырғанда), медициналық термометрдің сол температураны көрсетіп тұрғанын байқаймыз. Сынаптың деңгейін бастапқы орнына ғкелу үшін термометрді сілкіп жіберу қажет.

Ортаның температурасын өлшейтін зертханалық термометрмен олай жасудың қажеті жоқ.

Ең алғаш сұйық термометрді 1631 жылы француз физигі Ж. Рей ойлап тапқан. Бірақ адамдар температураны өлшей отырып, нені өлшеп тұрғанын түсінбеген. Температура дегеніміз не екендігі өте күрделі сұрақ болды. Мысалы, ыстық судың суық судан айырмашылығы не? ұзақ уақыт бойы сұраққа анық жауап болмады.

Біз қазір кез келген температурада судың молекулаларының бірдей екендігін білеміз. Олай болса температура артқанда суда не өзгереді?

Тәжірибеге жүгінейік. 2 түйір қант алып оның біреуін — мұздай суға, екіншісін – ыстық суға салайық. Біз ыстық судағы қанттың тез ерігенін көреміз. Еру — диффузияға байланысты. Олай болса жоғары температурадағы диффузия төменгіге қарағанда тезірек жүреді.

Диффузияның себебі молекулалардың қозғалысы екендігі белгілі. Олай болса қозғалыстағы молекулалардың жылдамдығы мен дененің температурасы арасында байланыс бар екендігін көреміз: температура жоғары дененің молекулалары да тез қозғалады.

Мысалы, 0°С-дегі оттегі молекулаларын орташа жылдамдығы 425 м/с болса, ол 20°С-де 440 м/с болады. Олай болса, температура молекулалардың орташа жылдамдығымен анықталады. Жеке молекулалардың жылдамдығы берілген температурада орташа мәнінен аз болуы да, көп болуы да мүмкін.

Бірақ температура ра тек қана молекулалардың орташа жылдамдығына тәуелді емес. Мысалы, 20 °С-дегі оттегі молекулаларының орташа жылдамдығы 16 °С температурада осындай шамаға теңелген. Оның негізгі себебі азот молекулаларының молярлық массасы, оттегінікінен аз болды. Олай болса, заттың температурасы тек молекулалардың орташа жылдамдығы ғана емес, олардың массасына да тәуелді болады екен.

Біз заттың жылдамдығына да, массасына да тәуелді болатын шамаларды білеміз. Бұлар импульс пен кинетикалық энергия. Ғалымдардың тағайындауынша осы кинетикалық энергия дененің температурасын анықтайды екен:

температура дене бөлшектерінің орташа кинетикалық энергиясының өлшемі болады, бұл энергия неғұрлым көп болса, дененің температурасы соғұрлым жоғары болады.

Сонымен денені қыздырған кезде молекулалардың кинетикалық энергиясы артады да, олар жылдамырақ қозғала бастайды, ол суыған кезде молекулалардың энергиясы азаяды да, олардың қозғалысы баяулайды.

Осылайша, температура денелер жүйесiнiң жылулық тепе-теңдiк күйiн сипаттайды, атап айтқанда: өзара жылулық тепе-теңдiкте тұрған жүйенiң барлық денелерiнiң температуралары бiрдей болады. Оны өлшеу үшiн кез келген макроскоптық белгiлi шаманың температурадан тәуелдiлiгiн пайдалануға болады. Практикада дененiң жылулық кеңу қасиетi жиi қолданылады, атап айтқанда, қысым тұрақты болғанда сұйық көлемiнiң өзгеруiнiң температурадан тәуелдiлiгi. Температураны өлшейтiн прибор – термометр, осы принципте құрастырылған. Термометрдi градуирлегенде санақ басын (0 деңгейiн) мұздың еру температурасын алады. Екiншi тұрақты нүктесi (мәнi) ретiнде (100 деңгейi) қалыпты атмосфералық қысымда судың қайнау температурасы алынады.

Бұл Цельсийдiң градустер шкаласы деп аталады. 0-мен 100 нүктелерiнiң аралығын градус деп аталатын теңдей 100 бөлiкке бөлiнген (1.7 — сурет). Сұйық бағанының бiр бөлiкке жылжуы (орынауыстыруы) температураның 1 градус Цельсийге өзгеруiне сәйкес келедi. Әртүрлi сұйықтардың қыздырылғанда кеңуi (ұлғаюы) бiрдей болмағандықтан, термометрлерде оған сәйкес градуирленген.