Learning Objectives
- Definieer temperatuur.
- Beschrijf de Fahrenheit temperatuurschaal.
- Beschrijf de Celsius-temperatuurschaal.
- Beschrijf de Kelvin-temperatuurschaal.
Wat is temperatuur?
Raak de bovenkant van het fornuis aan nadat het aan is geweest en het voelt heet aan. Als je een ijsblokje in je hand houdt, voelt het koud aan. Waarom? De materiedeeltjes in een heet voorwerp bewegen veel sneller dan de materiedeeltjes in een koud voorwerp. De kinetische energie van een voorwerp is de energie die het gevolg is van beweging. De materiedeeltjes in het hete fornuis hebben een grotere kinetische energie dan die in het ijsblokje.
De temperatuur is een maat voor de gemiddelde kinetische energie van de deeltjes in de materie. In het dagelijks gebruik is temperatuur een maat voor hoe warm of koud een voorwerp is. Temperatuur is een belangrijke parameter in de scheikunde. Wanneer een stof van vast in vloeibaar verandert, komt dat doordat de temperatuur van het materiaal is gestegen. Chemische reacties verlopen meestal sneller als de temperatuur wordt verhoogd. Veel onstabiele materialen (zoals enzymen) zullen langer levensvatbaar zijn bij lagere temperaturen.
Figuur 1. De gloeiende houtskool links vertegenwoordigt een hoge kinetische energie, terwijl de sneeuw en het ijs rechts een veel lagere kinetische energie hebben.
Temperatuurschalen
Figuur 2. Daniel Gabriel Fahrenheit.
De eerste thermometers waren van glas en bevatten alcohol, die uitzette en inkromp als de temperatuur veranderde. De Duitse wetenschapper Daniel Gabriel Fahrenheit gebruikte kwik in de buis, een idee van Ismael Boulliau. De Fahrenheit-schaal werd voor het eerst ontwikkeld in 1724 en er werd daarna nog enige tijd aan gesleuteld. Het grootste probleem met deze schaal is de arbitraire definitie van temperatuur. Het vriespunt van water werd gedefinieerd als 32°F en het kookpunt als 212°F. De Fahrenheit-schaal wordt doorgaans niet gebruikt voor wetenschappelijke doeleinden.
Figuur 3. Anders Celsius.
De Celsius-schaal van het metrieke stelsel is genoemd naar de Zweedse astronoom Anders Celsius (1701-1744). De schaal van Celsius stelt het vriespunt en het kookpunt van water vast op respectievelijk 0°C en 100°C. De afstand tussen die twee punten wordt verdeeld in 100 gelijke intervallen, die elk één graad bedragen. Een andere term die soms wordt gebruikt voor de Celsius-schaal is “Celsiuscentigrade” omdat er op deze schaal 100 graden liggen tussen het vriespunt en het kookpunt van water. De voorkeur gaat echter uit naar de term “Celsius”.”
Figuur 4. Lord Kelvin.
De temperatuurschaal van Kelvin is genoemd naar de Schotse natuurkundige en wiskundige Lord Kelvin (1824-1907). De schaal is gebaseerd op moleculaire beweging, waarbij de temperatuur van 0 K, ook bekend als het absolute nulpunt, het punt is waar alle moleculaire beweging ophoudt. Het vriespunt van water op de schaal van Kelvin is 273,15 K, terwijl het kookpunt 373,15 K is. Merk op dat hier geen “graad” wordt gebruikt in de temperatuuraanduiding. In tegenstelling tot de schalen van Fahrenheit en Celsius, waar temperaturen worden aangeduid met “graden F” of “graden C”, duiden we temperaturen op de schaal van Kelvin gewoon aan met kelvin.
Zoals te zien is aan het verschil van 100 kelvin tussen de twee, is een verandering van één graad op de schaal van Celsius gelijk aan de verandering van één kelvin op de schaal van Kelvin. Omrekenen van de Kelvin-schaal naar de Celsius-schaal of omgekeerd is eenvoudig, want je telt gewoon 273 op of af.
Figuur 5. Vergelijking van de drie verschillende temperatuurschalen.
Het omrekenen tussen de Celsius en Fahrenheit temperatuurschalen is iets lastiger, maar nog steeds niet al te moeilijk. Om van Fahrenheit naar Celsius om te rekenen, vermenigvuldigt u eerst de temperatuur in Celsius (TC) met 1,8 en telt er dan 32 bij op, in die volgorde.
text{T}_{\text{F}}=1.8
Om van Celsius naar Fahrenheit om te rekenen, trek je eerst 32 af van de temperatuur in Fahrenheit en vervolgens deel je door 1.8, in die volgorde.
isplaystyle{T}_{text{C}}=\frac{T}_{text{F}}-32}{1.8}
Samenvatting
- Temperatuur is een maat voor de gemiddelde kinetische energie van de deeltjes in materie.
- De schaal van Fahrenheit definieert het vriespunt van water als 32°F en het kookpunt als 212°F.
- De schaal van Celsius stelt het vriespunt en het kookpunt van water vast op respectievelijk 0°C en 100°C.
- De schaal van Kelvin is gebaseerd op moleculaire beweging, waarbij de temperatuur van 0 K, ook bekend als het absolute nulpunt, het punt is waar alle moleculaire beweging ophoudt.
Practicum
Gebruik de onderstaande link om de volgende vragen te beantwoorden:
http://www.visionlearning.com/library/module_viewer.php?mid=48
- Welk mengsel gebruikte Fahrenheit om zijn thermometer op nul graden te zetten?
- Waarom wordt in wetenschappelijk werk de Celsius-schaal verkozen boven de Fahrenheit-schaal?
- Wat was het idee achter de instelling van de Kelvin-temperatuurschaal?
- Wat is het voordeel van het gebruik van de Kelvin-schaal bij lage temperaturen?
Beschouwing
- Wat is het absolute nulpunt op de temperatuurschaal van Celsius?
- Wat zijn het vries- en kookpunt van water op de schaal van Celsius?
- Vertaal de volgende Kelvin-temperaturen naar graden Celsius.
- 188 K
- 631 K
- Waarom wordt de Celsius schaal soms “centigrade” genoemd?
Temperatuur in graden Fahrenheit kan worden omgerekend naar Celsius door er eerst 32 van af te trekken en dan te delen door 1,8. Wat is de Celsius temperatuur buiten op een warme dag (88°F)?
Glossary
- kinetische energie: De energie als gevolg van beweging
- temperatuur: Een maat voor de gemiddelde kinetische energie van de deeltjes in materie. In het dagelijks gebruik is temperatuur hoe warm of koud een voorwerp is
- temperatuurschaal: Een manier om temperatuur kwantitatief te meten. Er zijn drie belangrijke schalen die tegenwoordig worden gebruikt.