• Θερμοκρασία: φυσική ιδιότητα της ύλης – εκφράζει ποσοτικά το «ζεστό» ή «κρύο»

• Εξαρτώνται από τη θερμοκρασία– Κατάσταση της ύλης (Φάση ύλης)– Πυκνότητα– Διαλυτότητα– Πίεση υδρατμών– Ηλεκτρική αγωγιμότητα– Χημικές αντιδράσεις– Θερμική ακτινοβολία

• Μέτρηση θερμοκρασίας– Πώς μπορούμε να μετρήσουμε τη θερμοκρασία;– Ποιες ιδιότητες υλικών μεταβάλλονται με τη

θερμοκρασία;– Ποιες οι επιθυμητές ιδιότητες ενός θερμομέτρου

•Χρονική απόκριση

•Αναστρεψιμότητα

•Μονοτονικότητα

• Βασική αρχή για τη μέτρηση της θερμοκρασίας• Θερμική ισορροπία: δύο συστήματα με

διαφορετική θερμοκρασία αλληλεπιδρούν μέχρι να εξισωθούν οι θερμοκρασίες τους. Η περαιτέρω αλληλεπίδραση δεν προκαλεί αλλαγή στη θερμοκρασία.

• Μηδενικός νόμος της θερμοδυναμικής:• Εστω τρία συστήματα Α,Β,Γ. Εάν το Γ είναι σε

θερμική ισορροπία με τα Α και Β τότε και τα Α, Β είναι σε θερμική ισορροπία μεταξύ τους

Θερμόμετρα

• Υδραργύρου (Αρχή λετουργίας)• Αλκοόλης (λιγότερο τοξικά -

πτητικά, έως -700C)• Θερμόμετρα υπερύθρων (IR):

μέτρηση θερμοκρασίας από την εκπομπή ακτινοβολίας σε συγκεκριμένη φασματική περιοχή.– Μέτρηση από απόσταση– Γρήγορη απόκριση– Μεγάλο εύρος

Θερμόμετρα

• Θερμοζεύγη: δύο αγωγοί από διαφορετικό υλικό (συνήθως μέταλλα), επαγωγή διαφοράς δυναμικού κατά την επιφάνεια επαφής τους– Φθηνά– Μικρά– Μεγάλο εύρος

θερμοκρασιών– Μικρή ακρίβεια

Θερμόμετρα• Αντίστασης:

αισθητήρες (συνήθως από πλατίνα, νικέλιο ή χαλκό) των οποίων η αντίσταση μεταβάλλεται με τη θερμοκρασία– Ακρίβεια– Μεγάλο εύρος – -2700C-6600C

Θερμίστορς: κεραμικά ή πολυμερή υλικά

Μεγαλύτερη ακρίβεια -900C – 1300C

Θερμόμετρα• Διμεταλλικά θερμόμετρα

– Δύο λωρίδες από διαφορετικά μέταλλα (διαφορετικός συντελεστής θερμικής διαστολής)

– Χρήση ως θερμοστάτες

Κλίμακες θερμοκρασίας• Θερμοκρασία πήξης του νερού 00, θερμοκρασία βρασμού του

νερού 1000.• Θερμοκρασία πήξης του νερού 320, θερμοκρασία βρασμού του

νερού 2120.

Από Κελσίου Σε Κελσίου

Fahrenheit [°F] = [°C] × 9⁄5 + 32 [°C] = ([°F] − 32) × 5⁄9

Kelvin [K] = [°C] + 273.15 [°C] = [K] − 273.15

• Η ιδανική κλίμακα θερμοκρασιών δεν πρέπει να εξαρτάται από ιδιότητες συγκεκριμένου υλικού.

• Θερμόμετρο αερίου: – Συγκεκριμένος όγκος αερίου – Πώς μεταβάλλεται η πίεσή

του όταν αυξάνεται η θερμοκρασία;

Διαγράμματα μεταβολής πίεσης συναρτήσει της θερμοκρασίας για διαφορετικούς τύπους και ποσότητες αερίων

Για όλα τα είδη και τις ποσότητες αερίων η προέκταση της γραφικής παράστασης τέμνει τον άξονα χ στ0υς -273.150C

• Οι κλίμακες Κελσίου και Φαρενάιτ έχουν δύο σημεία αναφοράς.

• Η κλίμακα Kelvin έχει ένα σημείο αναφοράς: το τριπλό σημείο του νερού:

• Μοναδικός συνδυασμός πίεσης και θερμοκρασίας όπου μπορούν να συνυπάρχουν και οι τρεις φάσεις του νερού: Τ=0,010C, P=610Pa (0,006atm)

Θερμική διαστολήl0

Δl

2Δl

T0

T0+ΔΤ

T0+2ΔΤ

2l0

2Δl

T0

T0+ΔΤ

Tall 0

Tall 0

Για μικρές μεταβολές θερμοκρασίας

α: συντελεστής γραμμικής διαστολής (grad-1)

Για ισοτροπικά υλικά τι θα ισχύει για επιφανειακή και και χωρική διαστολή;

TaVV

TaAA

0

0

3

2

Θερμική διαστολή του νερού

•Σε ποια θερμοκρασία το νερό έχει τη μέγιστη πυκνότητα;

•Σε ποια περιοχή θερμοκρασιών εμφανίζει το νερό ασυνήθιστη συμπεριφορά;

•Γιατί αυτή η ιδιαιτερότητα είναι τόσο σημαντική;

Συντελεστές θερμικής διαστολήςΥλικό Συντελεστής

γραμμικής διαστολής α (10-6 grad-1)

Υλικό Συντελεστής κυβικής διαστολής β (10-6 grad-1)

Αλουμίνιο 23,1 Οινόπνευμα 1120

Ανθρακας 1,18 Βενζίνη 950

Τσιμέντο 8-12 Υδράργυρος 181

Χαλκός 16.5 Νερό (10C) -50

Γυαλί 8,5 Νερό (40C) 0

Ατσάλι 12 Νερό (100C) 88

Πάγος (00C) 51 Νερό (500C) 457

Θερμικές τάσεις

Ενα ατσάλινο δοκάρι πακτώνεται ανάμεσα σε δύο τσιμεντένιους τοίχους. Εαν η θερμοκρασία αυξηθεί το δοκάρι θα διασταλεί;

Εαν ήταν ελεύθερο πόση θα ήταν η μεταβολή του μήκους του;

Ποιος θα ήταν ο λόγος της μεταβολής του μήκους προς το αρχικό μήκος Δl/l0;

Εφ’όσον είναι πακτωμένο και έχει την τάση να διασταλεί ασκεί δύναμη στα σημεία στήριξης;

TEaTEaA

F

AE

FTa

AE

F

l

l

El

l

Tal

lTall

00

00

1. Ατσάλινη γέφυρα κατασκευάζεται από κομμάτια μήκους 20m. Το κενό που αφήνεται μεταξύ τους είναι 4cm μετρημένο στους 180C. Ποια είναι η μέγιστη θερμοκρασία που μπορεί να αντέξει η γέφυρα χωρίς φόβο παραμόρφωσης;

2. Λόγω της μεγάλης ειδικής θερμότητας και της χαμηλής αγωγιμότητας του νερού, μόνο το ανώτερο 10% τών ωκεανών υφίσταται σημαντικές μεταβολές θερμοκρασίας. Η φυσιολογικη διακύμανση της στάθμης των ωκεανών είνα 10cm από το Σεπτέμβριο μέχρι το Μάρτιο. Πόσο αλλάζει η μέση θερμοκρασία των ωκενών στη διάρκεια αυτού του χρονικού διαστήματος; Η παγκόσμια υπερθέρμανση μπορεί να προκαλέσει άνοδο της στάθμης των ωκεανών, μεταξύ άλλων και λόγω θερμικής διαστολής. Προσδοριστε την αλλαγή στη στάθμη των ωκεανών για κάθε 10C ανόδου της θερμοκρασίας. (επιφάνεια ωκεανών 3,61×1014m2, μέσο βάθος 3794m, μέση θερμοκρασία 3,50C, μέση θερμοκρασία (άνω 10%) 100C).