Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 8 dotazů obsahujících »teploměru«
2) Měření vysokých teplot
27. 07. 2008
Dotaz: Dobry den, rád bych se zeptal jakym způsobem (jak přesně) se meří vysoké
teploty. Třeba teploty na Slunci. (Jiří Orsava)
Odpověď: Vysoké teploty se pravidelně měří tím, že se zkoumá emitované záření.
Každé těleso o libovolné teplotě T > 0 K je - pokud je v rovnováze - obklopeno elektromagnetickým zářením s intenzitou a frekvenční strukturou odpovídající příslušné teplotě. Speciálním případem je tzv. černé těleso, které neselektivně pohlcuje veškeré záření, které na něj
dopadne, a rovněž neselektivně vyzařuje; frekvenční rozklad jeho záření byl jeden z důvodů k objevu a zavedení kvantové fyziky, jak asi víte z historie. Frekvenční hustota záření černého tělesa je dána Planckovým
vyzařovacím zákonem. V něj je teplota tělesa jako parametr, a je tedy v principu snadné určit tuto teplotu porovnáním se známým rozložením.
Reálná situace je komplikovanější tím, že nemusí jít o černé těleso, a taky nemusí být v rovnováze. Na druhou stranu je vždy nutno také uvážit, do jaké míry je reálné vyžadovat existenci a znalost "přesné teploty", a to zejména nejde-li o rovnovážný stav. Striktně vzato, je teplota stejně definována jen pro těleso v rovnováze. (Máma měřící teplotu nemocného děcka musí taky počkat, až kulička teploměru bude v rovnovážném stavu s tělem pacienta, jinak - bez rovnováhy - nemá údaj
smysl.)
Dotaz: Dobrý den. Pátrám na internetu po odpovědi na otázku, bohužel marně,
proč není v teploměru s lihem jako s teploměrnou látkou nad sloupcem lihu
vakuum (jako nad rtutí u rtuťového teploměru), nýbrž se vyplňuje plynem,
je-li teploměr určen pro měření vyšších teplot? Mohlo by to souviset s
jeho sytými či přehřátými parami? (Jan Zaruba)
Odpověď: Ani ve rtuťovém teploměru není nad rtutí dokonalé vakuum, alebrž jsou zde (ikdyž relativně řídké) rtuťové páry. Každá kapalina se bude při dostatečně nízkém tlaku (resp. dostatečně vysoké teplotě) vypařovat a "zaplňovat" případné volné místo, vakuum. U lihu by za vyšších teplot bylo velmi výrazné (teplota varu lihu při běžném tlaku je okolo 78°C), zvýšíme-li tedy tlak v trubici přidáním dalších plynů, zvýší se i teplota varu za takto zvýšeného tlaku a teploměr může být použitelní i pro vyšší teploty.
Dotaz: Vysvětlete funkci bezkontaktního teploměru pro měření teploty lidského těla,
zejména kalibraci (J.Kozlovský)
Odpověď: Každé těleso sestává z elektricky nabitých částic (elektrony, protony). Tyto částice kmitají, a to tím více, čím je těleso teplejší. Tím ale vytvářejí elektromagnetické záření, čímž těleso ztrácí energii. Těleso ale také pohlcuje elektromagnetické záření vydávané okolními tělesy, čímž energii získává. Podle Stefanova-Boltzmannova zákona je těleso teploty T v rovnovážném stavu s elektromagnetickým polem, které nese energii rozloženou s hustotou úměrnou čtvrté mocnině teploty vyzařujícího tělesa. Vy sám, sedíte-li v klidu v místnosti, vyzařujete kolem sebe výkon zhruba 1 kW. Na druhou stranu ale předměty kolem Vás (o něco chladnější), vyzařují rovněž, a vy od nich přijímáte asi 900 W, takže vyzařujete (a průběžně potřebujete doplňovat) asi 100 W. Pokud
např. z jedné strany toto teplo nedostáváte - např. je tam otevřený mrazák o podstatně nižší teplotě, pak to pociťujete tak, že "na vás čiší chlad".
Ve vyzařovaném elektromagnetickém záření jsou různé frekvence zastoupeny s různou intenzitou. Frekvence odpovídající maximální intenzitě roste úměrně teplotě, odpovídající energie se čtvrtou mocninou teploty. Při "pokojových teplotách" leží maximum ve vzdálené infračervené oblasti (často se mluví o "tepelném záření"). Stačí tedy mít čidlo dostatečně citlivé na infračervené záření v této oblasti a měřit, kolik záření přijímá.
Kalibrovat takový teploměr lze nejjednodušeji měřením záření z lázně známé teploty (změřené třebas obvyklým dostatečně přesným rtuťovým teploměrem).
Dotaz: Rozložím-li hranolem světlo, získám spektrum barev. Na jednom kraji bude
červená, na druhém fialová barva. Je za těmito barvami ještě něco, co nevidím?
(za fialovou ultrafialová a před červenou infračervená?) Bude "červený" konec
teplejší a mohu s ním něco ohřát? Mohu "fialovým" koncem zobrazit ochranné prvky
bankovek? (Jindra Slavík)
Odpověď: Ano, při rozkladu světla je skutečně za viditelným spektrem na jedné straně infračervené záření a na druhé straně záření ultrafialové. Uvádí se, že právě takto (umístěním teploměru kousek za červenou část spektra světla rozloženého hranolem) bylo infračervené záření prokázáno britským hudebníkem a amatérským astronomem Frederickem Williamem Herschelem (1738-1822).
Pokud začnete s rozkladem světla pomocí hranolu experimentovat, nenechte se ale překvapit některými možnými komplikacemi:
Rozkladem světla nijak nezintenzivníte dané záření. Pokud tedy chcete něco ohřát, hranolem si moc nepomůžete (v porovnání s tím, že daný předmět vystavíte záření přímo, tedy bez hranolu) - hranol světlo jen rozkládá.
Zejména u ultrafialového záření se můžete setkat s tím, že hranol (z obyčejného skla) jej bude pohlcovat, takže jím UV záření prakticky neprojde a vy jej vedle fialové části spektra nebudete detekovat.
Poznámka: William Herschel je mimo jiného znám také jako objevitel planety Uran (který pozoroval roku 1781). Později se ale zjistilo, že Uran byl pozorován již několikrát i dříve, poprvé snad již roku 1690 anglickým astronomem Johnem Flamsteedem.
Dotaz: Dobrý den! Už mnohokrát jsem měřil teplotu nějaké látky v Celsiově stupnici. A
slyšel jsem, že určení stupnice vzniklo tak, že se ve chvíli, kdy voda začala
mrznout, vyryl bod 0 °C na teploměr a ve chvíli, kdy se začala voda odpařovat,
označil se bod jako 100 °C. Ale slyšel jsem i o tom, že se dá měřit pomocí
stupně Fahrenheita či Réaumura. Jak vznikla stupnice na teploměru pro tyto
fyzikální veličiny a jaké jsou jejich přepočty na stupnici pana Celsia? Mockrát
děkuji za odpověď a přeji Vám hezký den! (Tomáš Urbánek)
Odpověď: Cesliovu teplotní stupnici vytvořil v roce 1742 švédský astronom Anders Celsius, přičemž stanovil hodnoty 0 °C pro teplotu varu vody a 100 °C pro teplotu tání vody - tedy obráceně, než jsme zvyklí dnes. Do dnešní podoby stupnici upravil až o něco pozdeji švédský přírodovědec Carl Linné, když stupnici otočil (a tedy stanovil bod tání na 0 °C a bod varu na 100 °C).
Fahrenheitova teplotní stupnice je pojmenována po německém fyzikovi Gabrielu Fahrenheitovi, který roku 1724 stanovil teplotu 0 °F jako nejnižší teplotu, jíž se mu podařilo dosáhnout smícháním soli, vody a ledu a teplotu 96 °F jako teplota lidského těla. Později byly z praktických důvodů (přesněji a objektivněji je lze měřit) zvoleny referenční body 32 °F jako teplota mraznutí vody a 212 °F jako teplota varu vody. Dnes se Fahrenheitova teplotní stupnice používá například v USA. Je-li F teplota ve stupních Fahrenheita a C teplota ve stupních Celsia, potom platí převodní vztahy:
F = (9/5 * C) + 32
C = (F - 32) * 5/9
Réaumurova teplotní stupnice je pojmenovaná po francouzském přírodovědci René Réamurovi, který ji zavedl roku 1730. Svého času byla velmi rozšířená, dnes se již prakticky nepoužívá. Stupnice je definována opět pomocí bodu mrznutí vody (0 °R) a bodu varu vody (80 °R). Je-li R teplota ve stupních Réamura a C teplota ve stupních Celsia, pak platí:
R = 4/5 * C
C = R * 5/4
Poznámka: Všechny referenční teploty jsou udávány při normálním atmosférickém tlaku.
