Kui temperatuur tõuseb, hakkavad aineosakesed kiiremini liikuma, ning kui temperatuur alaneb, siis aineosakeste energia väheneb ja nad liiguvad aeglasemalt. Temperatuuri muutus ei mõjuta aga mitte ainult aineosakeste liikumise kiirust, vaid muutub ka aine ruumala.
Soojuspaisumine
Kõik ained, olenemata sellest, kas aine on tahke, vedel või gaasiline, üldiselt paisuvad, kui neid soojendatakse. Paisumine tähendab, et molekulide vahekaugus suureneb. Paisumine on seda suurem, mida kõrgemale temperatuur tõuseb, sellepärast nimetatakse seda soojuspaisumiseks[mõiste: soojuspaisumine – nähtus, mille korral aine temperatuuri tõustes paisub ja temperatuuri alanedes tõmbub kokku]. Erandlik aine on vesi, mille ruumala hoopis suureneb, kui temperatuur langeb alla 4 °C, mistõttu jää ruumala on suurem, kui sama koguse vee ruumala.
Aga miks kehad soojenedes paisuvad? Kui temperatuur tõuseb, hakkavad molekulid kiiremini liikuma ja suurema amplituudiga võnkuma, mistõttu molekulide vahemaa suureneb. Olukorda saab selgitada järgmise näitega. Kui rühm lapsi seisab paigal, tihedalt üksteise vastas, võtavad nad enda alla kindla suurusega pinna. Kui lapsed hakkavad kõndima, siis see pind nende all suureneb, sest laste vahele tekivad vahed. Kui lapsed hakkavad jooksma, jääb nende alla veelgi suurem pindala, sest mõni laps jookseb kiiremini ja mõni aeglasemalt ning laste omavaheline vahemaa suureneb veelgi. Samasugune olukord on molekulide vahel aines, mida soojendatakse.
Soojenedes aine paisub ja jahtudes tõmbub kokku.
Katsetega on kindlaks tehtud, et vedeliku ja tahkise ruumala muut on võrdeline temperatuuri muuduga. Gaasi ruumala muut oleneb lisaks temperatuurile ka rõhust. Ühesuguse temperatuuri muudu korral muutub kõige rohkem gaaside, vähem vedelike ja kõige vähem tahkete ainete ruumala.
Mõtle!
- Kui me õhku soojendame, siis see paisub. Kas on õige ka vastupidine väide, et õhu paisumine soojendab õhku? Põhjenda.
- Kes võidaks, kas gaasikontor või teie, kui gaasi enne mõõtjasse juhtimist soojendataks? Põhjenda.
- Miks jäätunud veetorud talvel tihti purunevad?
- Miks võib klaasnõu puruneda, kui sellesse kallata kuuma vett?
- Metallist silla mõlemat otsa ei kinnitata jäigalt maa külge, üks ots toetatakse liikumist võimaldavatele terasrullidele. Miks?
Üldiselt ained soojenedes ja jahtudes. Põhjuseks on aineosakeste liikumine, mis temperatuuri tõustes , ja mille amplituud . See aineosakeste vahekaugust ja aine ruumala. Tahkete ja vedelate ainete ruumala suureneb temperatuuri muuduga, gaasi ruumala muut sõltub lisaks ka .
Termomeeter
Asjaolu, et mingi ainekoguse ruumala muut on võrdeline temperatuuri muuduga, võimaldab soojuspaisumise põhjal temperatuuri mõõta. Temperatuuri mõõdetakse termomeetriga[mõiste: termomeeter – temperatuuri mõõtmise riist]. Kuna temperatuuri ühik on kraad, öeldakse tavakeeles tihti termomeetri kohta kraadiklaas.
Kõige levinum on vedeliktermomeeter[mõiste: vedeliktermomeeter – termomeeter, mille töö põhineb selles oleva aine (elavhõbe või värviline piirituse lahus) soojuspaisumisel], mille töö põhineb selles oleva aine (värviline piirituse lahus, galinstan[joonealune: Galliumi, indiumi ja tina sulam, mis on toatemperatuuril vedelas olekus.] või elavhõbe[joonealune: Elavhõbedatermomeetrite müük on Euroopa Liidus alates 2009. aastast keelatud.]) soojuspaisumisel. Aine on termomeetri mahutis, mis on ühendatud vertikaalse paisumistoruga. Mida kõrgem on temperatuur, seda suuremaks muutub termomeetri mahutis oleva vedeliku ruumala ja seda kõrgemale tõuseb selle tase torus. Taseme kõrgust torus saab määrata termomeetri skaala järgi. Skaala koosneb kindla vahega kriipsudest, mille juures on arvud. Kahe kriipsu vahelist kaugust nimetatakse jaotiseks. Kui on tegemist termomeetriga, mis on mõeldud välisõhu temperatuuri mõõtmiseks, on üks arv seal kindlasti null. Sellest allapoole jäävad kriipsud ja arvud on sinised, sest näitavad miinuskraade, ülespoole jäävad punased arvud näitavad plusskraade. Sellist numbritega kraadijaotust nimetatakse temperatuuriskaalaks.
Usaldusväärse tulemuse saamiseks peab vedeliktermomeetriga mõõtes täitma järgmisi tingimusi.
- Mõõdetava keha mass peab olema palju kordi suurem termomeetri mahuti massist.
- Termomeetri mahuti peab olema tihedas kontaktis mõõdetava kehaga.
- Näidu võtmiseks peab ootama, kuni termomeetri näit enam ei muutu.
Tänapäeval kasutatakse ka termoelektrilisi[mõiste: termoelektriline termomeeter – termomeeter, kus aineosakeste liikumise energia muundatakse elektrienergiaks, millega tekitatakse ekraanile numbrinäit] termomeetreid, mis kuvavad temperatuuri ekraanile. Sellistes termomeetrites muudetakse aineosakeste soojusliikumise energia elektrienergiaks, millega tekitatakse ekraanile numbrid.
Temperatuuri mõõdetakse ka bimetalltermomeetriga[mõiste: bimetalltermomeeter – termomeeter, mille põhiosa on kahest eri metallist koosnev spiraal, mis temperatuuri mõjul lahti rullub; spiraal on ühendatud osutiga], mille põhiosa on kahest eri sulamist (nt invar[joonealune: Nikli (36%) ja raua (64%) sulam.] ja teras[joonealune: Raua ja süsiniku sulam, mis võib sisaldada ka mangaani, kroomi, niklit jt ühendeid.]) koosnev spiraal. Kuna need metallid pikenevad temperatuuri mõjul erinevalt, muudab spiraal oma kuju, st rullub lahti. Vedruga on ühendatud osuti ja skaala, millega saab määrata temperatuuri väärtuse.
A
Termomeetri väikseima jaotise väärtus on ℃.
Termomeetri mõõtepiirkond on ‒ ℃.
Termomeetri näit on ℃
B
Termomeetri väikseima jaotise väärtus on ℃.
Termomeetri mõõtepiirkond on ‒ ℃.
Termomeetri näit on ℃
C
Termomeetri väikseima jaotise väärtus on ℃.
Termomeetri mõõtepiirkond on ‒ ℃.
Termomeetri näit on ℃
Mõtle!
- Termomeetri mahuti ja toru mõõtmed olenevad samuti temperatuurist. Kas see ei sega mõõtmist? Miks?
- Miks peab vedeliktermomeetri toru olema muutumatu läbimõõduga?
- Kuidas mõõta jões või järves ujuva kala temperatuuri?
Jätan meelde
- Nii tahked, vedelad kui ka gaasilised ained paisuvad, kui neid soojendada, ja tõmbuvad kokku, kui nad jahtuvad. Seda nimetatakse soojuspaisumiseks.
- Paisuva aine osakeste omavaheline kaugus suureneb.
- Tahke ja vedela aine ruumala muut on võrdeline temperatuuri muuduga.
- Vedeliktermomeeter koosneb mahutist, sellega ühendatud paisumistorust ja skaalast, millelt saab lugeda temperatuuri.
