Τι Γνωρίζετε για τη Θερμοκρασία;

ΥΠΑΡΧΕΙ τίποτα πιο ανακουφιστικό από το να μπαίνεις στο ζεστό νερό του ντους ή της μπανιέρας κάποια ψυχρή μέρα; Αλλά αν το νερό είναι πολύ καυτό ή πολύ κρύο τότε ίσως να νιώσετε δυσφορία και θα κάνετε το μπάνιο σας όσο πιο σύντομο γίνεται. Τι είναι, όμως, αυτό που κάνει το ντους ή το μπάνιο ευχάριστη εμπειρία και όχι σοκ; Ασφαλώς, είναι η θερμοκρασία του νερού.

Η θερμοκρασία του αέρα έξω είναι επίσης μια καθημερινή έγνοια. Το να γνωρίζουμε τη θερμοκρασία μάς βοηθάει να αποφασίζουμε τι θα φορέσουμε και πώς θα προγραμματίσουμε τη μέρα μας. Επειδή η γνώση της θερμοκρασίας είναι τόσο χρήσιμη, συχνά τη βλέπουμε στα δημόσια κτίρια μαζί με την ώρα.

Ωστόσο, ανάλογα με το πού ζει κανείς, αυτό που βλέπουμε μπορεί να αντικατοπτρίζει εντελώς διαφορετικές συνθήκες. Γιατί, λόγου χάρη, όταν το θερμόμετρο δείχνει 40 βαθμούς στις Ηνωμένες Πολιτείες πρέπει κανείς να φορέσει παλτό, ενώ η ένδειξη 40 βαθμών στην Ευρώπη απαιτεί το ελαφρύτερο δυνατό ντύσιμο;

Θερμομετρικές κλίμακες

Πολύ απλά, όπου χρησιμοποιείται η κλίμακα Φαρενάιτ, όπως στις Ηνωμένες Πολιτείες, οι 40 βαθμοί υποδηλώνουν κρύο, όχι πολύ πάνω από το σημείο πήξης του νερού. Αλλά στην Ευρώπη, όπου σε κοινή χρήση είναι η κλίμακα Κελσίου, οι 40 βαθμοί υποδηλώνουν αφόρητη ζέστη. Σ’ αυτό το άρθρο θα εξετάσουμε μόνο αυτές τις δυο κλίμακες που χρησιμοποιούνται από το ευρύ κοινό. Αλλά από πού προήλθαν αυτές οι θερμομετρικές κλίμακες του Φαρενάιτ και του Κελσίου;

Το 1714 ο Γκάμπριελ Ντάνιελ Φαρενάιτ, Γερμανός φυσικός, χρησιμοποίησε ένα θερμόμετρο υδραργύρου για να επινοήσει μια θερμομετρική κλίμακα. Αυτός καθόρισε τρία σταθερά σημεία. Ήθελε το σημείο μηδέν της κλίμακάς του να είναι όσο το δυνατό χαμηλότερο. Έτσι, ανέμειξε πάγο, νερό και ένα είδος αλατιού, και η θερμοκρασία του μείγματος έπεσε στο κατώτατο σημείο που μπορούσε αυτός να επιτύχει. Εκείνη η θερμοκρασία έγινε 0 βαθμοί στην κλίμακά του. Έπειτα απ’ αυτό, ο Φαρενάιτ επέλεξε τη θερμοκρασία του σώματος ενός υγιούς ανθρώπου ως το ανώτερο σημείο στην κλίμακά του. Καθόρισε αυτή τη θερμοκρασία στους 96 βαθμούς. (Εντούτοις, από τότε κι έπειτα εξακριβώθηκε ότι η θερμοκρασία του σώματος ενός υγιούς ανθρώπου είναι περίπου 2 1/2 βαθμούς υψηλότερη απ’ ό,τι αυτός αυθαίρετα είχε ορίσει.) Για να επιτύχει το τρίτο σταθερό σημείο, μέτρησε το σημείο πήξης του νερού και το βρήκε 32 βαθμούς. Αργότερα, εφάρμοσε την κλίμακα στο σημείο βρασμού του νερού. Η θερμοκρασία έφτασε τους 212 βαθμούς στο ύψος της επιφάνειας της θάλασσας, και αργότερα ο Φαρενάιτ πρότεινε να τεθεί αυτή η θερμοκρασία ως το ανώτερο σημείο της καινούριας του κλίμακας.

Σύγχρονος του Γκάμπριελ Φαρενάιτ ήταν ο Άντερς Κέλσιος, Σουηδός αστρονόμος, ο οποίος έζησε από το 1701 μέχρι το 1744. Το 1742 ο Κέλσιος επινόησε μια θερμομετρική κλίμακα που κι αυτή επίσης είναι γνωστή με το όνομα του εφευρέτη της. Η κλίμακα βασίζεται σε δυο σταθερά σημεία: 0 βαθμοί είναι το σημείο πήξης του νερού και 100 βαθμοί το σημείο βρασμού του νερού στο ύψος της επιφάνειας της θάλασσας. Επειδή ο Κέλσιος διαίρεσε την κλίμακα του θερμομέτρου του σε 100 ίσα μέρη, η κλίμακα είναι επίσης γνωστή ως εκατονταβάθμια θερμομετρική κλίμακα. Η κλίμακα Κελσίου χρησιμοποιείται οπουδήποτε έχει γίνει αποδεκτό το μετρικό σύστημα.

Από τη στιγμή που και οι δυο κλίμακες, και του Φαρενάιτ και του Κελσίου, είναι σε κοινή χρήση σήμερα, καθίσταται συχνά αναγκαίο να κάνουμε μετατροπές από τη μια κλίμακα στην άλλη. Πώς γίνεται αυτό; Σημειώστε ότι η διαφορά ανάμεσα στο σημείο βρασμού και στο σημείο πήξης του νερού, στην κλίμακα Φαρενάιτ, είναι 180 βαθμοί (212 βαθμοί μείον 32 βαθμούς). Αλλά στην κλίμακα Κελσίου είναι 100 βαθμοί. Συνεπώς, η αναλογία ανάμεσα στις δυο κλίμακες είναι 180/100 ή 9/5.

Έτσι, για να κάνετε τη μετατροπή από Φαρενάιτ σε Κελσίου, πρώτα αφαιρέστε 32 από τη θερμοκρασία Φαρενάιτ. Έπειτα πολλαπλασιάστε τη διαφορά επί 5/9. Για παράδειγμα, πείτε πως η θερμοκρασία Φαρενάιτ είναι 104 βαθμοί αφόρητης ζέστης. Για να βρείτε τη θερμοκρασία Κελσίου, αφαιρέστε 32 από 104, το οποίο μας δίνει 72. Έπειτα πολλαπλασιάστε 72 επί 5/9. Το αποτέλεσμα είναι 40, που είναι η θερμοκρασία Κελσίου. Πράγματι, 40 βαθμοί Κελσίου είναι αφόρητη ζέστη!

Από την άλλη πλευρά, για να κάνετε τη μετατροπή από Κελσίου σε Φαρενάιτ, πρέπει να πολλαπλασιάσετε τους βαθμούς Κελσίου επί 9/5 και κατόπιν να προσθέσετε 32. Έτσι, για παράδειγμα, πείτε πως η θερμοκρασία είναι 20 βαθμοί Κελσίου. Με τι ισοδυναμεί αυτή η θερμοκρασία στην κλίμακα Φαρενάιτ; Πολλαπλασιάζοντας 20 επί 9/5, έχετε 36. Προσθέτοντας 32 στο 36, καταλήγετε στους 68 βαθμούς της κλίμακας Φαρενάιτ.

Τι Είναι Θερμοκρασία;

Θερμοκρασία είναι το μέτρο με το οποίο μετράμε τη θερμότητα και την ψυχρότητα. Αλλά τι είναι αυτό που κάνει κάποιο υλικό να είναι ζεστό ή κρύο; Αν μπορούσατε να περιεργαστείτε τη μοριακή και την ατομική δομή των υλικών την ώρα που θερμαίνονται, θα παρατηρούσατε να λαμβάνουν χώρα πολλές αλλαγές. Φανταστείτε ένα δοχείο με νερό στο οποίο ασκείται θερμότητα από μια θερμάστρα.

Τα μόρια του νερού κινούνται όλο και πιο γρήγορα. Σε λίγο το νερό βράζει. Αυτό συμβαίνει όταν τα μόρια του νερού κινούνται τόσο γρήγορα, που αναπηδούν το ένα πάνω στο άλλο και δεν παραμένουν πια ενωμένα σε υγρή μορφή. Στην πραγματικότητα, το νερό αρχίζει να μετατρέπεται σε αέριο, το οποίο εμείς βλέπουμε με μορφή ατμού.

Οι φυσαλίδες του αερίου σχηματίζονται πρώτα στον πυθμένα του δοχείου, αφού εκεί η θερμοκρασία είναι υψηλότερη. Παρά το γεγονός ότι κατά τη διάρκεια της μετατροπής του νερού σε ατμό προστίθεται συνεχώς θερμότητα, η θερμοκρασία δεν αλλάζει. Αυτό συμβαίνει επειδή απαιτείται ενέργεια προκειμένου να ελευθερωθούν τα μόρια από την υγρή κατάσταση και να μεταπηδήσουν στην αέρια κατάσταση. Η θερμότητα που προστίθεται παρέχει αυτή την ενέργεια. Έτσι, αντί το νερό να γίνεται πιο καυτό, αυτή η επιπλέον θερμότητα κάνει περισσότερα μόρια νερού να μεταπηδούν στην αέρια κατάσταση.

Τα μόρια του νερού που βρίσκονται σε αέρια κατάσταση κινούνται με συνεχώς αυξανόμενη ταχύτητα, εκτελώντας παλμικές κινήσεις και αλλάζοντας θέση καθώς η θερμοκρασία ανεβαίνει. Αν η θερμοκρασία του ατμού αυξανόταν υπερβολικά, ας πούμε κατά δεκάδες ή εκατοντάδες εκατομμύρια βαθμούς, τότε ακόμα και τα ηλεκτρόνια θα αποσπόνταν από τα άτομα. Σε τέτοιες υψηλές θερμοκρασίες, οι μικροσκοπικοί πυρήνες στο κέντρο των ατόμων θα χτυπούσαν τόσο δυνατά ο ένας τον άλλον που θα πραγματοποιούνταν πυρηνικές αντιδράσεις. Στην πραγματικότητα, σ’ αυτό ακριβώς στηρίζεται η προοπτική της χρησιμοποίησης πυρηνικής σύντηξης για την παραγωγή ενέργειας.

Διακυμάνσεις της Θερμοκρασίας

Απ’ ό,τι γνωρίζουμε, η θερμοκρασία δεν έχει ανώτατο όριο. Από την άλλη πλευρά, όμως, φαίνεται ότι έχει κατώτατο όριο. Το απόλυτο μηδέν έχει καθοριστεί στους -459,67 βαθμούς Φαρενάιτ ή -273,15 βαθμούς Κελσίου. Αυτό είναι το σημείο στο οποίο τα μόρια και τα άτομα κάποιου υλικού έχουν την ελάχιστη δυνατή ενέργεια.

Έχει υπολογιστεί ότι η θερμοκρασία της επιφάνειας του πλανήτη Πλούτωνα είναι περίπου -350 βαθμοί Φαρενάιτ ή -210 βαθμοί Κελσίου. Το 1965 οι αστρονόμοι βρήκαν ότι το σκοτεινό έξω διάστημα έχει θερμοκρασία περίπου -455 βαθμούς Φαρενάιτ ή -270 βαθμούς Κελσίου, μόλις 3 βαθμούς πάνω από το απόλυτο μηδέν της κλίμακας Κελσίου. Στο άλλο άκρο σχεδόν, το κέντρο του ήλιου πιστεύεται ότι έχει θερμοκρασία περίπου 15 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου. Όμως, αστέρια μεγαλύτερα από τον ήλιο—και υπάρχουν αστέρια χιλιάδες φορές μεγαλύτερα—προφανώς έχουν πολύ υψηλότερες θερμοκρασίες.

Τι θα πούμε για τις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας εδώ στη γη; Αυτές κυμαίνονται σε σχετικά περιορισμένη κλίμακα. Στην Ανταρκτική, στις 21 Ιουλίου 1983, σημειώθηκε θερμοκρασία -128,6 βαθμοί Φαρενάιτ ή -89,2 βαθμοί Κελσίου. Και στην Αλ Αζιζίγια της Τριπολιτανίας της βόρειας Αφρικής, στις 13 Σεπτεμβρίου 1922, καταγράφτηκε θερμοκρασία στο ύψος-ρεκόρ των 136 βαθμών Φαρενάιτ ή 58 βαθμών Κελσίου. Βέβαια, οι θερμοκρασίες τις οποίες έχει δοκιμάσει η μεγάλη πλειονότητα των ανθρώπων ούτε καν πλησιάζουν αυτά τα άκρα. Μπορούμε να είμαστε ευγνώμονες στον Δημιουργό μας, τον Ιεχωβά Θεό, που η διακύμανση της θερμοκρασίας στη γη παραμένει σε σχετικά περιορισμένα πλαίσια. Ως αποτέλεσμα, μπορούμε να απολαμβάνουμε ζωή στη γη.

[Διάγραμμα στη σελίδα 13]

(Για το πλήρως μορφοποιημένο κείμενο, βλέπε έντυπο)

Φαρενάιτ Κελσίου

98,6 37 Φυσιολογική θερμοκρασία σώματος

32 0 Το νερό παγώνει

-460 -273 Απόλυτο μηδέν