Opi lisää lämpötiloista
Lämpötilan vaihtelut saavat aineet muuttamaan muotoaan. Mutta mitä lämpötila oikeastaan on?
Mitä ovat lämpö ja kylmyys?
Lämpöä syntyy atomien ja molekyylien liikkeestä. Mitä nopeammin hiukkaset liikkuvat, sitä useammin ne törmäävät toisiinsa ja siirtävät toisiinsa liike-energiaa. Sitä mukaa myös aineen lämpötila kohoaa.
Lämpötilan noustessa aineet muuttavat muotoaan kiinteästä, joka on niiden kylmin olomuoto, plasmaan, joka taas on olomuodoista kuumin.
Neljä lämpötilasta riippuvaista aineiden olomuotoa ovat seuraavat:
Kiinteä on aineen kylmin olomuoto. Siinä esimerkiksi metallien atomit tai jään molekyylit ovat järjestyneet kiderakenteeksi.
Nesteissä, kuten vedessä, molekyylit kelluvat ympäriinsä toistensa lomassa.
Kaasuissa, kuten vesihöyryssä, molekyylit liikkuvat täysin vapaasti toistensa lomassa ja törmäävät toisiinsa useammin kuin nesteessä.
Plasmassa atomiytimet ja elektronit ovat erillään ja ne liikkuvat vapaasti toistensa lomassa. Plasma on sähköisesti varautunutta, koska se koostuu positiivisista atomiytimistä ja negatiivisista elektroneista.
Mikä on absoluuttinen nollapiste?
Matalinta mahdollista lämpötilaa kutsutaan absoluuttiseksi nollapisteeksi. Absoluuttisessa nollapisteessä kaikki aineet ovat sellaisessa tilassa, että atomit ovat hiljaa paikallaan eikä niillä ole lainkaan liike-energiaa.
Atomeilla on kuitenkin aina hieman kvanttimekaanista energiaa, esimerkiksi sekä atomiytimet että elektronit kiertävät atomien sisällä. Fyysikot määrittelevät siksi absoluuttisen nollapisteen minimaaliseksi energiatilaksi, missä atomit eivät yksinkertaisesti enää voi tulla kylmemmiksi.
Absoluuttinen nollapiste on –273,15 celsiusastetta, mikä vastaa nollaa kelviniä.
Mikä ero on eri lämpötila-asteikoilla?
Kelvin-asteikko alkaa absoluuttisesta nollapisteestä, ja siinä on yhtä suuri asteväli kuin Celsius-asteikossa.
Celsius-asteikko on lämpötila-asteikko, jota käytetään suurimmassa osassa maailmaa. Sen kehitti Anders Celsius vuonna 1742. Celsius ankkuroi asteikon veden sulamis- ja kiehumispisteeseen. Alun perin veden kiehumispisteeksi oli määritetty 0 °C. Vuonna 1744 asteikko kuitenkin käännettiin niin, että 0 °C vastasi veden sulamispistettä ja 100 °C vastasi veden kiehumispistettä. On loogisempaa, että asteet nousevat sitä mukaa kuin lämpötilakin nousee.
Yhdysvalloissa Fahrenheit-asteikko on virallinen lämpötila-asteikko. Sen kehitti saksalainen fyysikko Daniel Gabriel Fahrenheit, jonka mukaan se sittemmin nimettiin.
Alkuperäisessä asteikossaan Fahrenheit määritti nollapisteen alimpaan lämpötilaan, johon hän saattoi jäähdyttää suolaliuoksen, kun taas 100 °F vastasi ihmisen ruumiinlämpöä. Nykyisellä asteikolla veden jäätymispiste on 32 °F ja veden kiehumispiste on 212 °F.
Miten maapallon lämpötila mitataan?
Maailmanlaajuiset lämpötilanmittaukset alkoivat maanpinnalle sijoitetuilla mittausasemilla ja valtamerillä seilaavilla laivoilla. Vuonna 1880 oli saavutettu riittävän laaja maantieteellinen kattavuus, jotta voitiin määrittää maapallon keskilämpötila joka vuosi.
Nykyään sääasemien verkosto kattaa sekä mantereet että valtameret. Asemia ei kuitenkaan ole tasaisesti yhtä paljon koko maapallolla, vaan niitä on esimerkiksi Euroopassa paljon enemmän kuin Saharassa. Tutkijat ovat siksi jakaneet maapallon pinnan ruuduiksi, joista kukin on viisi kertaa viisi pituus- tai leveysastetta. Kunkin ruudun lämpötila lasketaan sen alueella toimivien sääasemien mittaustulosten keskiarvosta. Lopuksi lasketaan kaikkien ruutujen lämpötilojen pohjalta koko maapallon keskilämpötila.