7.2: Căldură și temperatură

Pentru a lega transferul de căldură de schimbarea temperaturii.
Memorați ecuațiile de temperatură pentru conversiile Celsius, Fahrenheit și Kelvin.
Înțelegeți cum poate varia temperatura corpului.

Conceptul de temperatură vă poate părea familiar, dar mulți oameni confundă temperatura cu căldura. Temperatura este o măsură a cât de fierbinte sau rece este un obiect față de un alt obiect (conținutul său de energie termică), în timp ce căldura este fluxul de energie termică între obiecte cu temperaturi diferite. Când atingem un obiect fierbinte, energia curge de la obiectul fierbinte în degetele noastre și percepem că energia primită ca obiectul este „fierbinte”. În schimb, când ținem un cub de gheață în palme, energia curge din mâna noastră în cubul de gheață și percepem această pierdere de energie ca fiind „rece”. În ambele cazuri, temperatura obiectului este diferită de temperatura mâinii noastre, deci putem concluziona că diferențele de temperatură sunt cauza finală a transferului de căldură.

Scale de temperatură

Temperatura este o măsură a cantității medii de energie de mișcare sau energie cinetică pe care o conține un sistem. Temperaturile sunt exprimate folosind scale care utilizează unități numite grade. Există trei scale utilizate pentru raportarea temperaturilor. Figura \ (\ PageIndex \) compară cele trei scale de temperatură: Fahrenheit (exprimat ca ° F), Celsius (° C) și Kelvin (K). Termometrele măsoară temperatura utilizând materiale care se extind sau se contractă atunci când sunt încălzite sau răcite. Termometrele cu mercur sau alcool, de exemplu, au un rezervor de lichid care se extinde atunci când este încălzit și se contractă când este răcit, astfel încât coloana de lichid se prelungește sau se scurtează pe măsură ce temperatura lichidului se schimbă.

Figura \ (\ PageIndex \): temperaturi Fahrenheit, Celsius și Kelvin. O comparație a celor trei scale de temperatură. Aceste termometre au un lichid de culoare roșie care conține alcool și coloranți alimentari. Termometrele cu aspect de argint conțin mercur, care este o neurotoxină.

În Statele Unite, scara de temperatură frecvent utilizată este scara Fahrenheit (simbolizată cu ° F și vorbită ca „grade Fahrenheit”). Pe această scară, punctul de îngheț al apei lichide (temperatura la care apa lichidă se transformă în gheață solidă) este de 32 ° F, iar punctul de fierbere al apei (temperatura la care apa lichidă se transformă în abur) este de 212 ° F.

Știința folosește și alte scale pentru a exprima temperatura. De exemplu, scara Celsius (simbolizată cu ° C și vorbită ca „grade Celsius”) definește 0 ° C ca punctul de îngheț al apei și 100 ° C ca punctul de fierbere al apei. Această scară este împărțită în 100 de diviziuni între aceste două repere și se extinde și mai sus și mai jos. Prin compararea scalelor Fahrenheit și Celsius, se poate determina o conversie între cele două scale:

Rețineți că știința folosește aproape exclusiv scalele Celsius și Kelvin; practic niciun chimist practicant nu exprimă temperaturile măsurate în laborator cu scara Fahrenheit. (De fapt, Statele Unite sunt una dintre puținele țări din lume care încă utilizează scara Fahrenheit zilnic. Persoanele care conduc în apropierea granițelor Canadei sau Mexicului pot prelua posturi de radio locale de cealaltă parte a frontierei care exprimați vremea zilnică în grade Celsius, așa că nu vă lăsați confundați de rapoartele lor meteo.)

Exemplu \ (\ PageIndex \): conversii

Ce este 98.6 ° F în Celsius?
Ce este 25.0 ° C în grade Fahrenheit?

Soluţie

Folosind Ecuația \ ref, avem

Pentru mai multe exemple despre cum să efectuați aceste tipuri de probleme, faceți clic pe acest videoclip pentru a vă vedea profesorul în acțiune.

Convertiți 0 ° F în Celsius.
Convertiți 212 ° C în grade Fahrenheit.

Răspundeți la a

Unitatea fundamentală de temperatură în SI este Kelvin (K). Scala de temperatură Kelvin (rețineți că numele scalei scrie cu majusculă cuvântul Kelvin, dar unitatea în sine este cu litere mici) folosește grade care au aceeași dimensiune cu gradul Celsius, dar scara numerică este deplasată cu 273,15 unități. Adică, conversia între scalele Kelvin și Celsius este după cum urmează:

În majoritatea scopurilor, este acceptabil să folosiți 273 în loc de 273,15 în ecuația \ ref.

Rețineți că scara Kelvin nu folosește cuvântul grade; o temperatură de 295 K se vorbește ca „două sute nouăzeci și cinci de kelvin” și nu „două sute nouăzeci și cinci de grade Kelvin”.

Motivul pentru care scara Kelvin este definită astfel este că există o temperatură minimă posibilă numită zero absolut (zero Kelvin). Scara de temperatură Kelvin este setată astfel încât 0 K să fie zero absolut, iar temperatura să fie numărată în sus de acolo. Temperatura normală a camerei este de aproximativ 295 K, așa cum se vede în exemplul următor.

Exemplu \ (\ PageIndex \): temperatura camerei

Dacă temperatura normală a camerei este de 72,0 ° F, care este temperatura camerei în grade Celsius și kelvin?

Soluţie

În primul rând, folosim ecuația \ ref pentru a determina temperatura în grade Celsius:

Apoi folosim ecuația \ ref pentru a determina temperatura în scara Kelvin:

Deci, temperatura camerei este de aproximativ 295 K.

Sănătate Aplicare: temperatura corpului

Temperatura normală a corpului este definită ca fiind de +/- 1,0 ° F (98,6 ° F). Pentru a determina temperatura corpului, termometrele pot fi plasate în interiorul sau pe suprafața corpului. Cele mai bune două metode de obținere a temperaturii corpului sunt plasarea termometrului fie sub limbă, fie în interiorul rectului. De obicei, copiii sunt capabili să țină un termometru în gură în jurul vârstei de patru ani (distrează-te înainte de acea vârstă).

Febra este definită ca temperatura corpului fiind peste 100 ° F (adulți). Maxima și 104 ° F. Pentru adulți, acești adulți trebuie să solicite imediat asistență medicală dacă febra depășește 104 ° F. Pentru copii, aceste valori sunt mult mai mici.

Hipertermia (incapacitatea organismului de a regla căldura) apare atunci când se depășește temperatura normală a corpului. Condițiile care pot provoca hipertermie sunt febră (infecție), accident vascular cerebral de căldură, tulburări tiroidiene, infarct sau leziuni traumatice. Medicamentele pentru pacienții cu cancer, artrită și tiroidă pot determina creșterea temperaturii corpului. Simptomele hipertermiei includ transpirație, confuzie, greață și amețeli.

Hipotermia (expunerea la medii reci) apare atunci când temperatura normală a corpului scade sub 95,0 ° F. Când se întâmplă acest lucru, persoana (persoanele) afectată (e) trebuie să solicite asistență medicală imediată. În timpul hipotermiei, organismul are probleme cu producerea căldurii. Condițiile medicale precum diabetul, infecția și disfuncția tiroidiană pot provoca hipotermie. Urmăriți acest videoclip cu pușcașii marini americani care încearcă să supraviețuiască mediilor extreme. Simptomele acestei afecțiuni implică fiori, confuzie și comportament lent.

Tratarea hipertermiei ar putea implica hidratarea unui pacient. Dacă febra se datorează infecției, analgezicele (cum ar fi Tylenol, Advil, aspirina sau Aleve) pot ajuta la atenuarea febrei. Plasarea cuiva într-o baie răcoroasă poate ameliora simptomele.