Temperatur er et mål på et stoff sin evne til å spontant avgi energi til sine omgivelser. For eksempel vil omgivelsene spontant avgi energi til et glass vann som tas ut av kjøleskapet, siden omgivelsene har en høyere temperatur enn vannet. Etter hvert vil vannet og omgivelsene ha samme temperatur, og man sier da at de er i termisk likevekt.
For å måle temperatur bruker man et termometer. Det kan for eksempel bestå av en sensor i form av en væske, et bimetall, en elektrisk motstand eller lignende. Når termometeret kommer i fysisk kontakt med stoffet man ønsker å måle temperaturen på, vil energi strømme spontant slik at det etter en tid vil oppstå termisk likevekt, som betyr at begge to har samme temperatur. Tilstanden til sensoren avleses og angir temperaturen som termometeret holder. Denne typen sensorer brukes gjerne til å måle temperaturer opp til størrelsesorden 1000 ◦C.
I tillegg til fysiske termometre som krever kontakt med stoffet man ønsker å måle på, finnes det termometre som ikke krever slik kontakt. Objekter sender ut elektromagnetisk stråling som er den samme ved samme temperatur for alle stoffer. Denne strålingen kan detekteres ved hjelp av infrarøde optiske sensorer og avbildes ved hjelp av termografi. Her måler man hvor mye infrarød stråling som reflekteres fra eller sendes ut fra en overflate for ulike bølgelengder, og regner dette om til temperatur. Slike termometre egner seg blant annet til å måle eller avbilde høye temperaturer som i smeltet metall, som gjerne holder langt over 1000 ◦C, eller på solens overflate som holder 5500 ◦C.
Fire temperaturskalaer. Den i vanligst bruk er celsiusskalaen, mens fahrenheitskalaen fortsatt brukes i noen land. I vitenskapelige sammenhenger brukes ofte kelvinskalaen. Reaumurskalaen er gått av bruk. Både celsius og fahrenheit regner med pluss- og minusgrader (rød og blå strek). Gradene i celsiusskalaen og kelvinskalaen er like store.
De mest utbredte temperaturskalaene er kelvin (K), grader celsius (◦C) og grader fahrenheit (◦F). De fleste husstander i Norge og store deler av verden har et termometer som måler temperaturen i grader celsius, mens i enkelte land som for eksempel USA foretrekker man fortsatt å måle i grader fahrenheit. Imidlertid er alle temperaturskalaer fastlagt i forhold til kelvin, som er en grunnenhet i SI-systemet. Dersom man kjenner temperaturen i kelvin (T) og vil finne den i grader celsius (TC), må man bruke ligningen TC = -273,15 ◦C + T. Her er 0 K = -273,15 ◦C det absolutte nullpunkt, som er den laveste teoretiske temperaturen. Til tross for at man har blitt enige om at kelvin er den mest fundamentale måten å representere temperatur på, brukes den fortsatt stort sett bare i vitenskapelige sammenhenger.
Dersom man måler temperaturen i grader celsius, defineres denne skalaen ved at vann fryser ved 0 ◦C og koker ved 100 ◦C. Måler man derimot temperaturen i grader fahrenheit, så fryser vann ved 32 ◦F og koker ved 212 ◦F.
Dette betyr at dersom man vet temperaturen i grader celsius (TC) og vil finne temperaturen i grader fahrenheit (TF), så kan man bruke ligningen TF=32 ◦F + (9/5)TC. For eksempel vil en kroppstemperatur på TC=37 ◦C være det samme som TF = 98.6 ◦F.
Dersom man derimot har målt temperaturen i grader fahrenheit, og ønsker å finne den i grader celsius, må man bruke ligningen TC = (5/9)(TF - 32◦F). For eksempel vil en utendørstemperatur på – 4 ◦F være lik TC = – 20 ◦C.
I Norge er den høyeste målte temperaturen i luften 35,6 ◦C (Nesbyen, 1970) og den laveste -51,4 ◦C (Karasjok, 1886).
Vann fryser ved 0 ◦C og koker ved 100 ◦C ved normalt lufttrykk. Imidlertid er det mulig å redusere frysepunktet til vann, såkalt frysepunktnedsettelse, ved å tilsette salt. På samme måte kan man også forhøye kokepunktet til vann.
Et kjøleskap bør holde temperaturer mellom 0 og 4 ◦C, og er ofte utstyrt med termometer slik at dette kan sjekkes. Når vi koker et egg, vil proteinene i eggehviten begynne å denaturere ved 60 ◦C, slik at eggehviten går fra å være gjennomsiktig til å bli hvit. Plommen koagulerer ved noe høyere temperatur. De fleste proteiner denaturerer ved lignende temperaturer, og det er derfor man minst må steke kjøttet på 50-60 ◦C for at det ikke skal forbli rått. Dersom man ønsker en brun stekeskorpe, så oppstår den ved 140-160 ◦C som en reaksjon mellom sukker og aminosyrer i såkalte Maillard-reaksjoner.
I dagliglivet sier man gjerne at noe er ‘varmt’ eller ‘kaldt’ for å beskrive temperaturen. Dette er imidlertid ikke en objektiv måte å beskrive temperatur på, da hver og en av oss har ulik oppfatning av hva som er ‘varmt’ eller ‘kaldt’. Dette er fordi menneskekroppen ikke fungerer som et enkelt spesialtilpasset termometer, men måler og regulerer temperaturen i kroppen gjennom et komplekst biologisk system som avhenger av dens tilstand. For eksempel vil noen beskrive et oppholdsrom som ‘varmt’ mens andre vil beskrive det samme rommet som ‘kaldt’. Mange vil foretrekke en temperatur mellom 20 og 22 ◦C i oppholdsrom, men dette varierer med alder og kjønn. I barnehager og skoler anbefaler imidlertid Folkehelseinstituttet at temperaturen bør ligge mellom 23-26 ◦C om sommeren og 20-24 ◦C om vinteren.
I tillegg har man også forskjellige måter å omtale samme temperatur på. Mat som kommer rett fra komfyren omtales gjerne som varm, mens vann fra kjøleskapet omtales som ‘kald’. Imidlertid vil man også si at maten er ‘kald’ og vannet er ‘varmt’ dersom de har stått ute for lenge og holder samme temperatur.
Som definert over, er temperatur et mål på et stoff sin evne til å spontant avgi energi til sine omgivelser. Imidlertid sier dette ikke noe om hva det er som bestemmer temperaturen til et stoff. Det enkleste vil være å si at temperatur er noe et termometer måler, og man er blitt enige om hvordan man skal kalibrere det. Men hva er det termometeret egentlig måler?
I en ideal gass som består av N atomer eller molekyler som ikke vekselvirker vil den indre energien kun være avhengig av temperaturen som U=3/2(NkBT), der kB er Boltzmanns konstant. Dermed er temperaturen bestemt av hvor stor bevegelsesenergi atomene har i en ideal gass. Det er denne bevegelsesenergien som delvis kan overføres til et termometer, slik at dette kommer i termisk likevekt med gassen.
Imidlertid må man være mer forsiktig dersom man ser på stoffer som ikke er en ideal gass, fordi i disse vil også vekselvirkningene mellom atomer og molekyler bidra til den indre energien. I disse stoffene er det den delen av den indre energien som kan bidra til bevegelsesenergi som er med på å definere temperaturen. Det betyr at to stoffer som er i termisk likevekt ikke trenger ha samme indre energi, fordi denne også avhenger av hvilke vekselvirkninger man har. På mer generelt grunnlag kan man da heller relatere temperatur til entropi, som angir antall mikrotilstander i et stoff. For en gitt forandring i indre energi i et stoff vil en stor forandring i entropi være knyttet til en mindre temperatur enn en liten entropiforandring.
Kommentarer
Kommentarer til artikkelen blir synlig for alle. Ikke skriv inn sensitive opplysninger, for eksempel helseopplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan. Det kan ta tid før du får svar.
Du må være logget inn for å kommentere.