Temperaturenheter
Man mätte temperatur också innan man insåg skillnaden
mellan värme och temperatur. Redan 1592 konstruerade Galileo Galilei en lufttermometer
och under 1600-talet fanns det såväl vatten- som alkoholtermometrar. Men Isaac Newtons
konstruktion från 1701 var nog den första användbara termometern. Det var en
oljetermometer med fixpunkterna vid frysande vatten (0 grader (lat. gradus - steg)) och
människans kroppstemperatur (12 grader). Året därefter gjorde en fransk läkare och
fysiker, Guillume Amontons en viktig upptäckt: vatten kokar vid en bestämd temperatur.
Vägen mot en gemensam temperaturskala har varit (och är!) lång. Vi inleder med en
kommentar till nedanstående figur:
Den danske astronomen Ole Römer försökte i början av 1700-talet etablera en
universell temperaturskala. Han ansåg att alla temperaturer skulle vara positiva, varför
han som nedre fixpunkt för sin skala valde det kallaste han kunde åstadkomma i sitt
laboratorium: en blandning av salt och frysande vatten. Kokande vatten fick temperaturen
60 grader och vatten frös därför vid 7,5 grader.
Tysken Daniel Gabriel Fahrenheit blev intresserad av Römers arbete, men det påstås
att Fahrenheit missförstod sin danske kollega. Då Römer beskrev sitt arbete hade han
använt det tyska ordet "blutwarm" för den övre fixpunkten. Med
"blutwarm" menade han varmt som kokande vatten, men Fahrenheit gjorde en
bokstavlig tolkning. Som övre fixpunkt valde han människans normala kroppstemperatur,
som han gav värdet 22,5 grader. Som nedre fixpunkt använde han smältande is och gav det
temperaturen 7,5 grader, identiskt med värdet i Römers skala. Mycket snart tyckte
Fahrenheit att siffrorna var lite otympliga, och år 1717 ändrade han dem till 96
respektive 32 grader.
Som bekant varierar människans kroppstemperatur. I ett försök att definiera sin
skala bättre mätte Fahrenheit temperaturen för kokande vatten och fick den till 212
grader. Sedan visade det sig tyvärr att kroppstemperaturen var 98,6 Fahrenheit trots att
den definierats till 96! Fahrenheits kvicksilvertermometrar var inte tillräckligt bra -
glasrören hade för låg noggrannhet på sina tvärsnittsareor.
Svensken Anders Celsius föreslog 1742 en temperaturskala där den nedre fixpunkten
sattes till 100 grader och den övre till 0 grader (smältande is respektive kokande
vatten). Celsius var verksam i Uppsala liksom kollegan Carl Linnaeus, adlad von Linné,
som år 1750 vände celsiusskalan. På engelska heter celsiusskalan hundragradsskalan -
graderna är "centigrades".
Både Celsius och Fahrenheits skalor har två välbestämda fixpunkter. För att kunna
dela fixpunktsintervallet i lika stora delar måste man använda någon materialegenskap,
som varierar med temperaturen. Det kan vara t ex volymsändringen hos kvicksilver eller
resistansen hos en metall. Genom att interpolera* linjärt mellan fixpunkterna får man
mellanliggande temperaturer.
Temperaturskalan är enligt internationell överenskommelse baserad på den
termodynamiska temperaturen T med en teoretisk väldefinierad nollpunkt. Genom en
internationell överenskommelse 1954 definierades vattnets trippelpunkt, jämviktspunkten
för ånga, vätska och is (se också s 6) till 273,16 K (kelvin). Enheten 1 K bör ses
som en hyllning till Lord Kelvin, som redan 1852 insåg att det var möjligt att hitta en
temperaturskala med en teoretisk anknytning till värmerörelsen. Celsiustemperaturen t
är
t = T - 273,15
I praktiken används en modifierad temperaturskala med givna fixpunkter och
föreskrivna sätt att interpolera*.
* interpolera = utgå från att ett experimentellt fastställt samband
gäller också mellan mätpunkter.
Det kan inte bli kallare än - 273,15 °C, dvs 0 K. Den lägsta uppmätta temperaturen
är 5 · 10-7 K. I en vätebombs explosionscentrum är temperaturen 20
millioner grader.
Solens effektiva yttemperatur är 5570 K, medan solkoronans temperatur ligger på c:a
1,5 millioner K. Stjärnor i mer avancerade utvecklingsstadier har temperaturer kring 109
K.
I de kosmiska stoftmoln, där stjärnorna håller på att formas, kan det råda
temperaturer på bara några få kelvin. Den kosmiska bakgrundsstrålningen, dvs det ljus
som en gång lyste upp "Big Bang", motsvarar temperaturen 2,76 K.
Den europeiska fusionsanläggningen JET (Joint European Torus) med bl a Sverige
som intressent är belägen i Culham utanför Oxford. Här försöker man utvinna
kärnenergi genam sammanslagning (fusion) av atomkärnor. För ett tekniskt utnyttjande
anses de tunga väteisotoperna deuterium och tritium vara de mest aktuella bränslena.
För att åstadkomma en effektbalans måste temperaturen överskrida 107 - 108
K. JET är en tokamak, vilket i princip innebär att plasmat är inneslutet i en ring (en
torus) med ett D-format tvärsnitt. Dimensionerna på D:et är 1,25 x 2,1 m, storradien
på ringen är 2,96 m, den torodiala magnetfältstyrkan är 3,5 T och plasmaströmmen är
4,8 MA !! Storleken framgår delvis genom en jämförelse med människan vid pilen.
Dessa höga och låga temperaturer förekommer normalt inte på jorden. Visserligen
gör man stora ansträngningar för att under kontrollerbara former nå upp till 108
- 1010 K, det så kallade "break-even" då de viktigaste
fusionsprocesserna börjar producera lika mycket energi som man tillför.* Men den högsta
uppmätta naturliga temperaturen på jorden är 57,7ºC medan den lägsta är - 88,3ºC.
Den normala gränsen för vad en människa kan tåla vid hög luftfuktighet ligger strax
över 100ºC. (Några galna amerikanska flygare har dock rekordet, 204ºC! Betänk att
människans normala kroppstemperatur ligger vid 37ºC och att oxkött blir en saftig biff
redan vid 63ºC).
* Nu, 1989, har även s k "kall fusion" presenterats som en
möjlighet.
 |
 |
 |
Hemsida | Sök på servern | E-post till Webmistress | Personal och adresser