Milena Oziemczuk. Temperatura

Transkrypt

1 Milena Oziemczuk Temperatura

2 Informacje ogólne Temperatura jest jedną z podstawowych wielkości fizycznych w termodynamice i określa miarą stopnia nagrzania ciał. Temperaturę można ściśle zdefiniować tylko dla stanów równowagi termodynamicznej, bowiem z termodynamicznego punktu widzenia jest ona wielkością reprezentującą wspólną własność dwóch układów pozostających w równowadze ze sobą. Temperatura jest związana ze średnią energią kinetyczną ruchu i drgań wszystkich cząsteczek tworzących dany układ i jest miarą tej energii. Temperatura jest miarą stanu cieplnego danego ciała. Jeśli dwa ciała mają tę samą temperaturę, to w bezpośrednim kontakcie nie przekazują sobie ciepła, gdy zaś temperatura obu ciał jest różna, to następuje przekazywanie ciepła z ciała o wyższej temperaturze do ciała o niższej aż do wyrównania się temperatury obu ciał.

3 Pod względem mikroskopowym, temperatura zależy od ruchu cząsteczek, z których złożone jest ciało. Temperatura rośnie, gdy wzrasta energia tych ruchów. Ruch może być związany z przemieszczaniem się cząsteczki (np. w gazie), z drganiami atomów, cząsteczek (np. w krysztale) bądź drganiami wewnętrznymi cząsteczki.

4 Skale temparatur Pierwsi konstruktorzy termometrów i skal temperatury opierali swe skale na znanych im zjawiskach, najczęściej przyjmowano, że zmiana temperatury jest proporcjonalna do zmiany objętości cieczy (alkoholu, rtęci). W skalach tych, jako punkty odniesienia, przyjmowano wartości temperatury dwóch zjawisk zachodzących w dobrze określonych warunkach. W skali Celsjusza przyjmuje się, że 0 C odpowiada temperaturze zamarzania wody, a 100 C, to temperatura wody wrzącej pod normalnym ciśnieniem (choć Celsjusz pierwotnie przyjmował odwrotnie). W tak skonstruowanych skalach mogą występować wartości ujemne temperatury.

5 Przeliczanie temperatur Zależność między temperaturą wyrażoną w stopniach Celsjusza t [ C] a wyrażoną kelwinach t [K] wynosi: t [ C ] = t [ K ] t [ K ] = t [ C ] Z kolei zależność między temperaturą wyrażoną w stopniach Celsjusza t [ C] i Fahrenheita t [ F] wynosi: t [ C ] = 5/9 ( t [ F ] - 32 ) t [ F ] = 9/5 t [ C ] + 32

6 Temperatura odnosi się do wielu zjawisk Temperatura wrzenia jest to temperatura, przy której ciśnienie powstającej pary jest równe ciśnieniu otoczenia, skutkiem czego parowanie następuje w całej objętości cieczy czyli wtedy gdy dana substancja wrze. Temperatura wrzenia danej substancji jest niższa od temperatury punktu krytycznego danej substancji, a wyższa od temperatury punktu potrójnego. Jeżeli nie podano ciśnienia, przy jakim określono temperaturę wrzenia, to uznaje się, że jest to ciśnienie atmosferyczne czyli 1 atmosfera fizyczna.

7 Temperatura topnienia jest to temperatura, w której kryształ zamienia się w ciecz. Jest to też najwyższa możliwa temperatura, w której może rozpocząć się krystalizacja tej substancji. Krystalizacja zachodzi jednak często przy niższej temperaturze niż temperatura topnienia, co zależy od wielu czynników, np. obecności zarodków krystalizacji, tempa schładzania czy ciśnienia.

8 Temperatura krzepnięcia temperatura, w której następuje zjawisko fizyczne krzepnięcia, definiowana także jako temperatura, w jakiej fazy ciekła i stała są ze sobą w równowadze. Temperatura krzepnięcia substancji może być niższa od temperatury topnienia. Przy odpowiedniej czystości substancji schładzanej i pod pewnymi warunkami jest możliwe schłodzenie substancji w postaci ciekłej poniżej jej temperatury krzepnięcia. Ciecz taka nosi nazwę cieczy przechłodzonej. Zapoczątkowanie krzepnięcia (przez dostarczenie centrów krystalizacji) powoduje nagłe skrzepnięcie całej objętości cieczy i jej nagłe ogrzanie do temperatury, w jakiej ciecz normalnie by zakrzepła.

9 Termoregulacja Termoregulacja - szereg procesów i zachowań behawioralnych organizmów mających na celu utrzymanie względnie stałej temperatury ciała. Jest to ważne dla utrzymania homeostazy organizmu.

10 Utrzymywanie temperatury Zarówno organizmy zmiennocieplne jak i stałocieplne starają się utrzymać odpowiednią temperaturę. Odbywa się to poprzez behawior zwierząt - zachowania takie jak wygrzewanie na słońcu i preferowanie odpowiedniej temperatury otoczenia - oraz, w przypadku organizmów stałocieplnych, wewnętrzne mechanizmy utrzymywania temperatury. Do wewnętrznych mechanizmów utrzymywania temperatury należą: Odpowiedzialne za wydzielanie ciepła w organizmie: wątroba jest jednym z głównych narządów ogrzewających krew. drżenie mięśniowe - czyli szybkie skurcze powodują wzrost temperatury. cykle jałowe (czyli cykle w których z gradientu elektronów w mitochondrium nie tworzy się ATP tylko ciepło) powodują wzrost temperatury. Cykle jałowe są charakterystyczne dla brunatnej tkanki tłuszczowej. Działania hormonalne, takie jak zwiększenie lub spadek aktywności tarczycy więc i wydzielania hormonu tyroksyny

11 Ciekawostki Naukowcom z Narodowego Laboratorium Brookhaven w USA udało się podgrzać materię do temperatury około 4 bilionów stopni Celsjusza. To 250 tys. razy więcej, niż wynosi temperatura panująca we wnętrzu Słońca. Zderzające się ze sobą niemal z prędkością światła jony złota rozgrzały się do tak ekstremalnej temperatury, tworząc tzw. plazmę kwarkowo- gluonową, czyli mieszaninę swobodnych kwarków i gluonów - cząsteczek mniejszych niż tworzące jądro atomu protony i neutrony. Eksperymentatorzy mają nadzieję, że uda im się wykorzystać ten niezwykły stan materii jądrowej do zbadania procesów, jakie mogły towarzyszyć powstawaniu Wszechświata.

12 Dlaczego temp. Naszego ciała wynosi 36.6?? Naukowcy ustalili, dlaczego nasze ciała nie są ani trochę chłodniejsze i ani trochę cieplejsze. Otóż temperatura 36,6 C jest wystarczająco wysoka, by skutecznie zapobiegać większości infekcji grzybiczych. Gdyby jednak była jeszcze wyższą - i teoretycznie skuteczniej walczyła z grzybami, bakteriami i wirusami - nasz metabolizm musiałby pracować na wyższych obrotach. Aby utrzymać wyższą temperaturę, musielibyśmy więcej jeść, a to z punktu widzenia ewolucji nie jest cechą ułatwiającą przetrwanie. Pytanie o temperaturę ciała pojawiło się, gdy dostrzeżono różnicę między ludźmi i innymi ssakami, których ciała mają zazwyczaj niższą temperaturę. Grzyby powodujące infekcje to prawdopodobna przyczyna. Przy każdym wzroście temperatury organizmu o 1 stopień Celsjusza, prawdopodobieństwo, że szczep powodujący grzybice się rozrośnie, spada o 6 procent.