Vitajte vo fyzike

Meranie teploty

Rovnaká voda môže byť pre niekoho teplá a pre iného studená. Ale dokonca aj jednému človeku môže tá istá voda pripadať súčasne teplá i studená. Vyskúšajte si to. Do jednej misky dajte studenú vodu, do druhej vlažnú, do tretej teplú. Nechajte chvíľu ruky v krajných miskách. Potom obe spolu ponorte do prostrednej misky. Čo cítite?

Ľudia sa teda nemôžu spoľahnúť len na svoje pocity. Preto sa naučili teplotu merať a udávať ju číslom a jednotkou. Jednotkou teploty je stupeň Celzia. Značka tejto jednotky je °C.

Ako pracuje teplomer

Väčšina teplomerov má nádobku s nejakou kvapalinou, najčastejšie so zafarbeným liehom alebo ortuťou. Z nádobky vedie tenká sklenená trubička. Keď sa kvapalina zohreje, roztiahne sa a vystúpi v trubičke vyššie. Tak pracuje laboratórny teplomer kvapalinový aj vonkajší teplomer kvapalinový.

Niektoré teplomery však v sebe nemajú kvapalinu, ukazujú teplotu inak. Môžu mať v sebe kovový prúžok, ktorý sa pri zvýšení teploty pootočí a pohne ručičkou. Takto pracuje bimetalický teplomer.

Iný teplomer vyzerá ako prúžok filmu. Obsahuje látku, ktorá pri zmene teploty zmení farbu. Preto pri rôznych teplotách vidíme na prúžku rôzne čísla, ktoré udávajú teplotu prúžku. Vľavo je lekársky teplomer LCD.

Dnes sa často používajú digitálne teplomery. Takéto teplomery nemajú stupnicu. Na displeji sa priamo ukáže číslo, ktoré udáva teplotu v °C. Na obrázku je lekársky digitálny teplomer.

Ako vytvoriť Celziovu stupnicu

Ak máme tenkú sklenú trubičku s kvapalinou, ešte nemáme teplomer. Potrebujeme si vytvoriť stupnicu. Švédsky fyzik Anders Celsius, ktorý žil asi pred 250 rokmi, navrhol, aby sa stupnica urobila podľa teploty, pri ktorej sa topí ľad, a teploty, pri ktorej vrie voda.

Postup:

- Dáme teplomer do misky, kde sa topí ľad a označíme 0°C miesto, kam vystúpi ortuť.

- Potom dáme teplomer do misky s vodou, ktorá vrie a označíme 100°C miesto, kam vystúpi ortuť.

- Rozdelíme vzdialenosť medzi obidvoma čiarkami na 100 rovnakých dielikov. Každý dielik bude stupeň.

Teploty nad a pod nulou

Keď stupnicu rozšírime na obe strany, môžeme merať aj teploty vyššie ako 100°C, alebo nižšie ako 0°C. Teplotu pod nulou označujeme znamienkom mínus. Zelený teplomer ukazuje – 4°C. Žltý teplomer ukazuje 2°C, teda vyššiu teplotu, ako zelený teplomer, lebo 2°C je vyššie na stupnici, ako – 4°C.

Ak porovnávate teploty, alebo zisťujete o koľko teplota stúpla, alebo klesla, zakreslite si teploty do jednej stupnice a spočítajte dieliky, potom sa nepomýlite. Teplota na žltom teplomery je vyššia o 6 dielikov teda o 6 °C.

O stupnici teplomera si pred meraním zistíme:

- rozsah jedného dielika

- rozsah stupnice, teda najmenšiu a najväčšiu teplotu na stupnici

- chybu merania, čo je polovica hodnoty jedného dielika

Ako určíme hodnotu jedného dielika

Vezmeme dve susedné hodnoty na stupnici, napr. pre zelený teplomer 5 a10, odčítame väčšiu od menšej a vydelíme to počtom dielikov medzi nimi. Ak počítame s mínusovými teplotami, neuvažujeme znamienko mínus a pre -5 a -10 odčítame 5 a 10. Pozor, týmto spôsobom nepočítame s hodnotami s opačným znamienkom, napr. -5 a 5. Nedospeli by sme k správnemu výsledku!

Pre zelený teplomer: jeden dielik je 1°C (10 – 5 = 5; 5 : 5 = 1)

rozsah stupnice je od -14°C do 11°C

chyba merania je 0,5°C

Pre biely teplomer: jeden dielik je 2°C (10 – 0 = 10; 10 : 5 = 2)

rozsah stupnice je od -18°C do 40°C

chyba merania je 1°C

Ako správne meriame teplotu

- Teplomerom môžeme merať len teplotu, ktorá nepresahuje rozsah jeho stupnice. Teplomer by sa mohol poškodiť, alebo by sme nič nenamerali.

- Keď meriame teplotu nejakej látky, musí sa koniec teplomera čo najviac dotýkať tej látky.

- Kým odčítame teplotu, musíme počkať, nech sa teplota na teplomery ustáli.

- Na stupnicu teplomera sa dívame kolmo.

- Vonkajšiu teplotu meriame vždy v tieni. Keby sme dali teplomer na slnko, zohrial by sa od slnečného žiarenia na teplotu vyššiu, než má vzduch okolo. Teplomer by ukazoval nie teplotu vzduchu, ale teplotu slnečného žiarenia.

Meranie času

V dávnej minulosti ľudia určovali čas podľa striedania dňa a noci, stačilo im pozorovať pohyb Slnka po oblohe. Z pozorovania Mesiaca určovali čas na mesiace a zo striedania ročných období zasa na roky. Na určovanie času používali pravidelne sa opakujúce deje.

Na meranie času využívali ľudia najrôznejšie spôsoby už dávno pred naším letopočtom. Zachovali sa záznamy o sviečkových, či vodných hodinách a dodnes možno vidieť presýpacie alebo slnečné hodiny.

Pri konštrukcii hodín využili ľudia rôzne pravidelne sa opakujúce deje, ako zhorenie časti sviečky, vytečenie istého množstva vody, presýpanie istého množstva piesku, pohyb Slnka po oblohe a pod.

Jednotky času

Základnou jednotkou času je s (sekunda).

Čas je fyzikálna veličina, jej značka je t.

Jednotky času sú:

s (sekunda)

min (minúta)              1 min = 60 s

h (hodina)                  1 h = 60 min = 60.60 s

d (deň)                       1 d = 24 h = 24.60 min = 24.60.60 s

r (rok)                         1 r = 365 d = 365.24 h

Pri premene jednotiek času často násobíme, alebo delíme 60-kou tak, ako to vidíte v tabuľke nad. Aj ciferník hodín, má 60 dielikov, ktorými odrátavame sekundy a minúty, a 12 dielikov, ktorými odrátavame hodiny.

Pozor, pri premene jednotiek času neposúvame desatinnú čiarku, teda nenásobíme alebo nedelíme desiatkou, ako pri jednotkách dĺžky.

Naučte sa na príkladoch premieňať jednotky času:

3 min 15 s (s) = (3.60 + 15) s = 195 s

145 s (min,s) = 145:60 min = 2 min zvyšok 25 s

4h 45 min (min) = (4.60 + 45) min = 285 min

115 min (h,min) = 115:60 h = 1 h zvyšok 55 min

1 h 5 min 42 s (s) = (1.60.60 + 5.60 + 42) s = (3600 + 300 + 42) s = 3942 s

4155 s (h,min,s) = 4155:60 min = 69 min zvyšok 15 s = 69:60 h 15 s = 1 h 9 min 15 s

2 d 3h (h) = (2.24 + 3) h = 51 h

132 h (d,h) = 132:24 d = 5 d zvyšok 12 h

3r 176 d (d) = (3.365 + 176) d = 1271 d

2805 d (r,d) = 2805:365 r = 7 r zvyšok 250 d

2 r 100 d 20 h (h) = (2.360.24 + 100.24 + 20) h = (17280 + 2400 + 20) h = 19700 h

Ako zapisujeme čas

Čas označujeme písmenom t, zapisujeme preto t = 2 h. Zápis času t = 2 h 55 min skracujeme niekedy na zápis t = 2:55 h. Podobne namiesto 2h 31 min 24 s píšeme 2:31:24 h. Tak sa napríklad zapisujú výsledky pretekov. V cestovných poriadkoch autobusov a vlakov sa na oddelenie hodín a minút používa dvojbodka, bodka, alebo medzera. V cestovnom poriadku autobusu na obrázku sú hodiny a minúty oddelené medzerou, napr. 5 30 znamená 5 h 30 min.. Prezrite si aj iné cestovné poriadky a naučte sa v nich určovať čas odchodu a príchodu vlaku alebo autobusu.

Ako meriame čas

Stopky

Pri pretekoch musíme čo najpresnejšie zmerať čas od štartu do okamihu, keď pretekár prebehne cieľom. Tento čas meriame stopkami. Stopky sú hodinky, ktoré stlačením tlačítka spustíte a ďalším stlačením zase zastavíte. Moderné hodinky a mobilné telefóny majú tiež stopky.

Vyskúšajte si ako presne viete merať stopkami. Stlačte tlačítko, ktoré hodinky spustí a zastavuje, čo najrýchlejšie dvakrát za sebou. Aká doba uplynula medzi stlačeniami? To je najmenšia chyba merania, akú môžete dosiahnuť.

Na olympiádach a iných pretekoch sa stopky spúšťajú a zastavujú automaticky. Presnosť merania je tam preto oveľa väčšia, zvyčajne stotiny sekundy. V nasledujúcom zázname si všimnite, aký je rozdiel medzi dvoma časmi Martiny Moravcovej?

2009 Texas Senior Circuit, 22. - 24.5.2009, College Station/USA - dva rekordné zápisy Martiny Moravcovej v disciplíne 50 m znak. Z rozplavieb postúpila Martina najrýchlejším časom 29,63 sek. (- 0,36 sek pred slovenským rekordom z roku 1995), vo finále zvíťazila a zlepšila vlastný rekord o ďalších 49 stotín na hodnotu 29,14 sek.

Na internete zistite, aký je svetový a slovenský rekord v behu, v plávaní, v lyžovaní.

Kyvadlové hodiny

Princíp kyvadla objavil okolo roku 1600 Galileo Galilei pri pozorovaní kolísajúceho sa lustra. Počítal svoj pulz počas jedného kyvu, teda koľko krát udrelo jeho srdce počas jedného kyvu. Zistil, že každý kmit trvá rovnaký čas. Urobte to ako on. Vezmite si závažie na niti a merajte dobu jedného kyvu svojim tepom. Zmeňte dĺžku nite a merajte znovu. Čo ste zistili?

V roku 1657 holandský fyzik Christiaan Huygens (čítaj hajchens) využil kyvadlo na zostrojenie hodín a dostal patent na kyvadlové hodiny. Ako pracujú? Závažie na lanku poháňa ozubené koleso. Koleso sa však nemôže otočiť, aby postúpilo o jeden zub. Musí vždy počkať, kým kyvadlo prejde z jednej strany na druhú.

Naťahovacie hodinky a moderné hodinky

V náramkových hodinkách sa nemôže kývať žiadne kyvadlo.

Vo vnútri naťahovacích náramkových hodiniek je koliesko s perom, ktoré sa stále otáča tam a späť. Nie je ani chvíľu v pokoji a preto ho nazývame nepokoj. Nepokoj odmeriava čas počtom svojich kmitov. Všetky ostatné kolieska sú v hodinkách len na to, aby pohyb nepokoja prevádzali na pohyb ručičiek.

Väčšina moderných náramkových hodiniek už nemá nepokoj. Je v nich tenký kryštál kremeňa, ktorý pravidelne kmitá – rýchlo sa sťahuje a rozťahuje, a tak odmeriava čas. Hodinky sú poháňané baterkou.

Zopakujte si:
1. Ktoré pravidelné deje ľudia v minulosti využívali na meranie času?
2. Aké jednotky času poznáte a ktorá z nich je základná?
3. Kde sa na meranie času využívajú stopky a prečo?
4. Čím sa líšia kyvadlové a náramkové hodinky?

Použitá literatúra:
Fyzika 6 pre základné školy a viacročné gymnázia - Martin Macháček
Fyzika pre 7. ročník základnej školy a 2. ročník gymnázia s osemročným štúdiom - doc. RNDr. Viera Lapitková, CSc., doc. RNDr. Václav Koubek, CSc., Mgr. Milada Maťašovská, Mgr. Ľubica Morková

Vyparovanie

Topenie

Niektoré látky sa vyskytujú v rôznych skupenstvách: plynnom, kvapalnom a pevnom. Za určitých podmienok môže dôjsť v látke k premene skupenstva.

Topenie a tiež tuhnutie sú procesy, pri ktorých sa mení skupenstvo látky.

Vyberme si z mrazničky kúsok ľadu, pri izbovej teplote sa začne onedlho meniť na vodu. Ak by sme merali teplotu tejto vody, zistili by sme, že jej teplota je 0°C. Stúpať začala až vtedy, keď sa celý ľad roztopil.

Dej, pri ktorom sa ľad menil na vodu sa nazýva topenie.

Teplota, pri ktorej sa ľad menil na vodu, sa nazýva teplota topenia.

Všeobecne môžeme povedať, že topenie je jav, pri ktorom sa mení pevná látka na kvapalnú. Prebieha pri teplote topenia, ktorá je pre každú látku iná, čiže závisí od druhu látky a tiež od tlaku, pri ktorom k topeniu látky dochádza.

V tabuľkách sa udáva teplota topenia pri normálnom tlaku.

Napríklad teplota topenia cínu je 232°C, železa až 1540°C. Z tohto dôvodu sa napríklad železo taví vo vysokých peciach, kde sú podmienky na dosiahnutie požadovanej teploty.

vysoká pec

Zaujímavý je tiež fakt, že priebeh topenia kryštalickej látky sa líši od priebehu topenia amorfnej látky. Kryštalické látky sa topia pri konštantnej teplote, ktorá prislúcha konkrétnemu druhu látky. Amorfné látky prechádzajú do kvapalného skupenstva postupne, v určitom intervale teplôt. Nemajú teda presný bod topenia, ale zvyšovaním ich teploty postupne mäknú, pričom ich teplota stúpa. Z tohto dôvodu nie je možné pri amorfných látkach určiť presnú hranicu medzi topením a tuhnutím.

Teplota topenia niektorých látok môže byť aj záporná. Napríklad ak, by sme mali kyslík v pevnom stave, začal by sa meniť na kvapalinu pri teplote mínus 219°C.

Ak začneme vodu postupne ochladzovať a pritom budeme sledovať jej teplotu, zistíme, že keď dosiahne 0°C, začne sa meniť na ľad. Teplota sa nezmení dovtedy, kým nezmrzne všetka voda. Tento jav, pri ktorom sa menila voda na ľad sa nazýva tuhnutie.

Z toho vyplýva, že tuhnutie je jav, pri ktorom sa kvapalná látka mení na pevnú.

Keď kvapalina dosiahne teplotu tuhnutia, rýchlosť pohybu jej molekúl sa zmenší a tým sa bude vzájomné silové pôsobenie častíc viac prejavovať.

Tuhnutie prebieha pri teplote tuhnutia, ktorá je pre jeden druh kryštalickej látky totožná s teplotou topenia (napríklad teplota topenia ľadu je 0°C a súčasne teplota tuhnutia vody je tiež 0°C). Táto teplota tiež závisí od druhu látky a tlaku, pri ktorom k tuhnutiu látky dochádza.

Napríklad teplota tuhnutia hliníka je 658°C, zlata 1063°C, medi 1083°C, striebra 960°C, bronzu 900°C, cínu 232°C...

Vieme, že vlákna v žiarovkách sa pri svietení zohrievajú. Preto musia byť vyrobené z materiálu, ktorý sa topí pri vysokých teplotách. Väčšinou sa na tieto účely používa volfrám, ktorého teplota tavenia je až 3380°C.

Väčšina látok pri tuhnutí svoj objem zmenšuje. Voda však pri premene na ľad svoj objem zväčšuje. Veľmi ľahko sa to dá overiť jednoduchým pokusom, ktorý je najvhodnejšie robiť v zime, keď je vonku mráz. Sklenú fľašu naplníte doplna vodou a dajte ju na balkón. Keď voda vo fľaši zamrzne, fľaša praskne, pretože objem ľadu bude väčší ako objem vody.

V prírode vplyvom tohto javu dochádza k prirodzenému drobeniu veľkých skál. Dažďová voda zateká do trhlín a puklín v týchto skalách. Keď sa teplota vonku zníži pod bod mrazu, voda v skalách zamrzne a jej objem sa zväčší. Tým dôjde k jej narušeniu a skala sa drobí na menšie.

Ak chceme, aby sa začala pevná látka topiť, musíme jej teplotu zvýšiť – dodať jej teplo. Naopak, aby začala kvapalná látka tuhnúť, musíme jej teplotu znížiť- teplo jej odobrať.

Z toho vyplýva, že pri topení teleso prijme teplo z okolia; pri tuhnutí teleso odovzdá teplo do okolia.