Wat weet u over temperatuur?

WAT is op een kille dag ontspannender dan een warme douche te nemen of in een warm bad te stappen? Maar als het water te heet of te koud is, zult u zich onbehaaglijk voelen en zo min mogelijk tijd aan het baden besteden. Wat maakt het nemen van een douche of bad tot een plezierige ervaring in plaats van een schok? Natuurlijk, het is de temperatuur van het water.

De temperatuur van de buitenlucht is ook iets van dagelijks belang. Wanneer wij weten hoe warm of koud het buiten is, kunnen wij beslissen wat wij zullen aantrekken en hoe wij onze dag zullen indelen. Omdat het zo nuttig is de temperatuur te weten, staat deze vaak samen met de tijd op openbare gebouwen aangegeven.

Afhankelijk van waar u woont, kan de aangegeven getalwaarde echter totaal verschillende omstandigheden weergeven. Waarom zou bijvoorbeeld een temperatuur van 40 graden in de Verenigde Staten het nodig maken een jas aan te trekken, terwijl het bij 40 graden in Europa wenselijk zou zijn zo luchtig mogelijk gekleed te gaan?

Temperatuurschalen

Heel eenvoudig gezegd: waar de schaal van Fahrenheit wordt gebruikt, zoals in de Verenigde Staten, is 40 graden koud, niet ver boven het vriespunt van water. Maar in Europa, waar gewoonlijk de schaal van Celsius wordt gebruikt, geeft 40 graden een drukkende hitte aan. In dit artikel zullen wij alleen deze twee schalen bespreken, die het meest algemeen gebruikt worden. Hoe zijn die temperatuurschalen van Fahrenheit en Celsius tot stand gekomen?

In 1714 gebruikte Gabriel Daniel Fahrenheit, een Duits natuurkundige, een kwikthermometer om een temperatuurschaal te ontwerpen. Hij bepaalde drie vaste punten. Hij wilde dat het nulpunt op zijn schaal zo laag mogelijk was. Daarom maakte hij een mengsel van ijs, water en een soort zout, en de temperatuur van dit mengsel daalde tot het laagste punt dat hij op dat ogenblik kon bereiken. Die temperatuur werd op zijn schaal 0 graden. Daarna koos Fahrenheit de temperatuur van een gezond menselijk lichaam als het hoogste punt op zijn schaal. Hij stelde deze temperatuur vast op 96 graden. (Na die tijd is echter gebleken dat de lichaamstemperatuur van een gezond mens ongeveer 2,5 graad hoger is dan die hij willekeurig had vastgesteld.) Om het derde vaste punt te verkrijgen, mat hij het vriespunt van water en kwam tot de conclusie dat het 32 graden was. Later werd de schaal bij het vaststellen van het kookpunt van water gebruikt. Die temperatuur bleek op zeeniveau 212 graden te zijn, en Fahrenheit stelde die later als het hoogste punt op zijn nieuwe schaal voor.

Een tijdgenoot van Gabriel Fahrenheit was Anders Celsius, een Zweeds astronoom die leefde van 1701 tot 1744. In 1742 ontwierp Celsius een temperatuurschaal die eveneens naar de uitvinder genoemd is. De schaal is gebaseerd op twee vaste punten: 0 graden is het vriespunt van water, en 100 graden is het kookpunt van water op zeeniveau. Aangezien Celsius zijn thermometer in 100 gelijke delen verdeelde, staat die tevens bekend als de honderddelige temperatuurschaal. De schaal van Celsius wordt overal gebruikt waar men het metrieke stelsel hanteert.

Aangezien zowel de schaal van Fahrenheit als die van Celsius tegenwoordig algemeen gebruikt wordt, is het vaak noodzakelijk van de ene naar de andere schaal om te rekenen. Hoe kan men dit doen? Welnu, merk op dat het verschil tussen het kookpunt en het vriespunt van water op de schaal van Fahrenheit 180 graden is (212 graden min 32 graden). Maar op de schaal van Celsius is het verschil 100 graden. De verhouding tussen de twee schalen is derhalve 180:100, of 9:5.

Trek dus, om van Fahrenheit naar Celsius om te rekenen, eerst 32 van de Fahrenheit-temperatuur af. Vermenigvuldig dan het verschil met 5/9. Stel bijvoorbeeld dat de Fahrenheit-temperatuur een drukkend warme 104 graden is. Om op de Celsius-temperatuur te komen, trekt u 32 van 104 af, wat 72 oplevert. Vermenigvuldig dan 72 met 5/9. De uitkomst is 40, en dat is de Celsius-temperatuur. Inderdaad, 40 graden Celsius is snikheet!

Wilt u echter van Celsius naar Fahrenheit omrekenen, dan moet u de graden Celsius met 9/5 vermenigvuldigen en er daarna 32 bij optellen. Laten we bijvoorbeeld eens aannemen dat de temperatuur 20 graden Celsius is. Waarmee komt dat overeen op de schaal van Fahrenheit? Door 20 met 9/5 te vermenigvuldigen krijgt u 36. Door 32 op te tellen bij 36 komt u op de Fahrenheit-temperatuur van 68 graden.

Wat is temperatuur?

Temperatuur is een warmtegraad: men drukt er warmte en koude in uit. Maar wat maakt een stof warm of koud? Als u een kijkje zou kunnen nemen in de moleculaire en atomaire structuur van materialen terwijl ze warmer worden, zou u zien dat er verschillende veranderingen plaatsvinden. Kijk eens wat er gebeurt wanneer men een pan met water op een fornuis verhit.

De watermoleculen bewegen steeds sneller en binnen korte tijd kookt het water. Dit punt wordt bereikt wanneer de watermoleculen zo snel bewegen dat ze elkaar afstoten en niet langer in vloeibare vorm bij elkaar blijven. Het water begint in feite in een gas over te gaan dat wij waarnemen als stoom.

Gasbelletjes vormen zich het eerst op de bodem van de pan aangezien de temperatuur daar het hoogst is. Hoewel er voortdurend warmte wordt toegevoerd tijdens deze omzetting van water in stoom, verandert de temperatuur niet. Dit komt doordat het energie kost om de moleculen uit de vloeibare toestand los te maken en ze in de gasvormige toestand te doen overgaan. De toegevoerde warmte verschaft die energie. Dus in plaats dat het water er warmer door wordt, gaan er simpelweg meer watermoleculen in de gasvormige toestand over.

De watermoleculen in de gasvormige toestand bewegen steeds sneller naarmate de temperatuur stijgt, terwijl ze vibreren en van positie veranderen. Als de temperatuur van de stoom extreem hoog zou worden, bijvoorbeeld miljarden graden, dan zouden zelfs de elektronen van de atomen worden losgerukt. Bij zulke hoge temperaturen zouden de nuclei, de minuscuul kleine kernen in het binnenste van de atomen, zo hard tegen elkaar botsen dat er nucleaire reacties zouden kunnen plaatsvinden. In feite is dat de gedachte achter de doelstelling om kernfusie te gebruiken voor het opwekken van energie.

Temperatuurverschillen

Voor zover bekend, heeft de temperatuur geen bovengrens. Ze schijnt echter wel een ondergrens te hebben. Het absolute nulpunt is vastgesteld op -459,67 graden Fahrenheit of -273,15 graden Celsius. Dit is het punt waarop moleculen en atomen van een bepaalde stof de laagst mogelijke energie hebben.

Het oppervlak van de planeet Pluto heeft naar schatting een temperatuur van ongeveer -350 graden Fahrenheit of -210 graden Celsius. In 1965 kwamen astronomen te weten dat er in de donkere ruimte van het heelal een temperatuur heerst van ongeveer -457 graden Fahrenheit, of -270 graden Celsius, amper 3 graden boven het absolute nulpunt op de schaal van Celsius. Wat extreem hoge temperaturen betreft, men gelooft dat het middelpunt van de zon een temperatuur van ongeveer 15 miljoen graden Celsius heeft. Maar sterren die groter zijn dan de zon — en er bestaan sterren die duizenden malen groter zijn — hebben waarschijnlijk een veel hogere temperatuur.

En wat kan er gezegd worden over temperatuurverschillen hier op aarde? Deze fluctuaties zijn betrekkelijk beperkt. In Antarctica werd op 21 juli 1983 een temperatuur gemeten van -128,6 graden Fahrenheit, of -89,2 graden Celsius. En een recordhoogte in temperatuur van 136 graden Fahrenheit of 58 graden Celsius werd op 13 september 1922 gemeten in El Azizia (Tripolitanië) in Noord-Afrika. Maar verreweg de meeste mensen hebben geen temperaturen ondervonden die deze uitersten zelfs maar benaderen. Wij kunnen onze Schepper, Jehovah God, dankbaar zijn dat de temperatuurverschillen hier op aarde binnen betrekkelijk beperkte grenzen blijven. Daardoor kan men genieten van het leven op aarde.

[Diagram op blz. 13]

(Zie publicatie voor volledig gezette tekst)

Fahrenheit Celsius

98,6 37 Normale lichaamstemperatuur

32 0 Water bevriest

-460 -273 Absolute nulpunt