Teplota — čo o nej viete?

ČO MÔŽE byť v sychravý deň osviežujúcejšie ako teplá sprcha alebo kúpeľ? Ale keď je voda príliš teplá alebo príliš studená, je to nepríjemné a potom strávite pod sprchou čo najmenej času. Čo spôsobuje, že sprchovanie je príjemným zážitkom, a nie šokom? Samozrejme, teplota vody.

Teplota vonkajšieho vzduchu je tiež objektom každodenného záujmu. Keď vieme, ako teplo je vonku, pomáha nám to rozhodnúť sa, ako sa oblečieme a ako si naplánujeme deň. Pretože správa o teplote je taká užitočná, na verejných budovách býva často teplomer, ktorý stále informuje o tom, aká je jej aktuálna hodnota.

Zobrazené číslo môže mať inú vypovedaciu schopnosť v závislosti od toho, kde bývaš. Prečo by napríklad 40 stupňov v USA vyžadovalo obliecť si teplý kabát, kým taká istá hodnota v Európe len ľahučký odev?

Teplotné stupnice

Vysvetlenie je veľmi jednoduché. Tam, kde sa používa Fahrenheitova stupnica, ako napríklad v Spojených štátoch, 40 stupňov je chladno, blízko bodu mrznutia vody. Ale v Európe, kde sa používa Celziova stupnica, 40 stupňov znamená veľmi vysokú teplotu. V tomto článku budeme uvažovať o týchto dvoch stupniciach, ktoré sa v súčasnosti bežne používajú. Odkiaľ pochádzajú tieto stupnice?

V roku 1714 nemecký fyzik Gabriel Daniel Fahrenheit použil ortuťový teplomer, keď chcel navrhnúť teplotnú stupnicu. Určil tri konštantné body. Chcel, aby nulový bod v jeho stupnici bol čo najnižšie. Preto zmiešal ľad, vodu a druh soli, a teplota tejto zmesi sa ustálila na vtedy najnižšom možnom bode. Túto teplotu stanovil ako nulovú na svojom teplomeri. Potom Fahrenheit zvolil teplotu zdravého ľudského tela ako vrchný bod svojej stupnice. Stanovil ju na 96 stupňov. (Avšak odvtedy sa zistilo, že teplota tela zdravého človeka je zhruba o 2 1/2 stupňa vyššia.) Aby dosiahol tretí konštantný bod, odmeral mrznúcu vodu. Zistil, že voda mrzne pri 32 stupňoch. Neskôr sa stupnica rozšírila o ďalší konštantný bod — o bod varu vody. Jeho teplota je 212 stupňov na morskej hladine. Túto hodnotu neskôr Fahrenheit stanovil za vrchnú hranicu svojej novej stupnice.

Anders Celzius bol súčasníkom Gabriela Fahrenheita. Bol to švédsky astronóm, ktorý žil v rokoch 1701–1744. V roku 1742 Celzius vynašiel teplotnú stupnicu, ktorá tiež nesie meno svojho vynálezcu. Stupnica je založená na dvoch konštantných bodoch. Nula stupňov je bod mrazu vody a 100 stupňov je bod varu vody na morskej hladine. Keďže Celzius rozdelil svoj teplomer na 100 rovnakých dielikov, je tiež známy ako stostupňová teplotná škála. Celziova stupnica sa používa všade tam, kde bola prijatá metrická sústava.

Keďže sa obe tieto stupnice dnes bežne používajú, je často nevyhnutné vedieť prevod hodnôt z jednej do druhej. Ako prevádzať hodnoty? Všimnime si najprv, že rozdiel medzi bodom varu a bodom mrazu na stupnici Fahrenheita je 180 stupňov (212 mínus 32). Ale na Celziovej stupnici je to 100 stupňov. Preto pomer medzi nimi je 180/100, čiže 9/5.

Ak teda chceme urobiť prevod zo stupňov Fahrenheita na stupne Celzia, najprv odčítajme 32 od hodnoty teploty podľa Fahrenheita. Potom vynásobme rozdiel zlomkom 5/9. Ukážme si to na príklade: Nech hodnota teploty podľa Fahrenheita je horúcich 104 stupňov. Aby sme zistili, koľko je to stupňov Celzia, odčítajme 32 od 104. Dostaneme 72. Teraz to prenásobme 5/9. Výsledok je 40 stupňov Celzia. Naozaj, 40 stupňov Celzia je veľmi horúco!

Na druhej strane, ak chceme previesť hodnoty zo stupňov Celzia na hodnoty v stupňoch Fahrenheita, potom musíme vynásobiť stupne Celzia zlomkom 9/5 a pripočítať 32. Aj to si ukážeme na príklade: Nech teplota je 20 stupňov Celzia. Čomu sa to rovná vo Fahrenheitovej stupnici? Vynásobením 20 krát 9/5 dostaneme 36. Po pripočítaní 32 získavame 68 stupňov Fahrenheita.

Čo je teplota?

Teplota je miera tepla a chladu. Ale čo spôsobuje, že hmota je teplá alebo studená? Keby sme sa zblízka pozreli na molekulárnu a atómovú štruktúru materiálov pri ich zahrievaní, uvideli by sme prebiehať mnohé zmeny. Priblížime si to predstavou hrnca vody, ktorý budeme zahrievať na sporáku.

Molekuly vody sa pohybujú čoraz rýchlejšie. Za chvíľu voda vrie. To sa stane vtedy, keď sa molekuly vody pohybujú tak rýchlo, že sa odrážajú jedna od druhej a nie sú schopné držať pohromade v tekutom stave. Voda sa mení na plyn, ktorý vidíme ako paru.

Bublinky plynu sa spočiatku tvoria na dne hrnca, keďže tam je najvyššia teplota. Hoci sa pri premene vody na paru neustále dodáva teplo, teplota sa nemení. To preto, že na oslobodenie molekúl z tekutého stavu a ich premenu do plynného skupenstva je potrebné množstvo energie. Túto energiu poskytuje práve dodávané teplo. A tak namiesto toho, aby bola voda stále teplejšia, jednoducho stále viac a viac molekúl vody mení svoje skupenstvo na plynné.

Molekuly vody v plynnom stave sa so zahrievaním pohybujú čoraz rýchlejšie. Neustále vibrujú a menia svoje miesto. Pri veľmi vysokých teplotách, povedzme desiatkach až stovkách miliónov stupňov, sú dokonca i elektróny vymršťované z atómov. Vtedy aj maličké jadrá atómov narážajú jedno na druhé tak silno, že môže nastať nukleárna reakcia. Toto je vlastne základná myšlienka využitia nukleárnej syntézy na výrobu energie.

Teplotné rozpätie

Pokiaľ je známe, teplota nemá horné ohraničenie. Na druhej strane, zdá sa, že má dolnú hranicu. Absolútna nula bola stanovená na –459,67 stupňa Fahrenheita alebo –273,15 stupňa Celzia. Toto je bod, v ktorom molekuly a atómy hmoty majú najmenšiu možnú energiu.

Odhaduje sa, že povrch planéty Pluto má okolo –350 stupňov Fahrenheita alebo –210 stupňov Celzia. V roku 1965 astronómovia zistili, že kozmický priestor má teplotu okolo –457 stupňov Fahrenheita alebo –270 stupňov Celzia, len 3 stupne nad absolútnou nulou v Celziovej stupnici. Opačným extrémom je jadro Slnka. Uvažuje sa, že teplota tu dosahuje okolo 15 miliónov stupňov Celzia. Ale hviezdy väčšie ako Slnko — a vo vesmíre sú hviezdy tisíckrát väčšie — majú pravdepodobne oveľa vyššie teploty.

A čo teplotné pásmo tu na zemi? Pohybuje sa v relatívne úzkom rozpätí. Na Antarktíde bola v júli 1983 nameraná teplota –128,6 stupňa Fahrenheita alebo –89,2 stupňa Celzia. A rekordne vysoká teplota 136 stupňov Fahrenheita alebo 58 stupňov Celzia bola zaznamenaná v El Azizia v Tripolitánii, v severnej Afrike 13. septembra 1922. Ale prevažná časť ľudstva nikdy nezažila teploty, ktoré by sa k týmto extrémom aspoň priblížili. Môžeme byť vďační nášmu Stvoriteľovi, Bohu Jehovovi, že teplotné rozpätie na zemi sa pohybuje v relatívne úzkom pásme. Výsledkom je potešenie zo života na tejto planéte.

[Nákres na strane 13]

(Úplný, upravený text — pozri publikáciu)

Fahrenheit Celzia

  98,6 37 Normálna teplota tela

  32 0 Voda mrzne

-460 -273 Absolútna nula