Co víte o teplotě a její stupnici?

CO MŮŽE v sychravém dnu člověka vzpružit víc, než když si dá teplou sprchu nebo koupel? Když je ale voda příliš horká nebo studená, můžete se cítit nepříjemně a zůstanete ve vodě jen tak dlouho, jak je to nezbytně nutné. Čím to je, že dát si sprchu nebo koupel je pro nás příjemným zážitkem, a ne šokem? Je to samozřejmě teplotou vody.

Každý den se také zajímáme o teplotu venkovního vzduchu. Když víme, jaká je teplota, pomáhá nám to rozhodnout se, jak se oblékneme a jak si den naplánujeme. Protože je tak užitečné vědět, jaká je teplota, bývají často údaje o teplotě průběžně zobrazovány na veřejných budovách.

Podle toho, kde žijete, však zobrazený údaj o teplotě může odrážet naprosto rozdílné podmínky. Proč si například někdo ve Spojených státech, když čte, že je 40 stupňů, oblékne kabát, zatímco když tento údaj čte někdo v Evropě, přiměje ho to, aby si vzal co nejlehčí oblečení?

Teplotní stupnice

Velmi jednoduše řečeno, tam, kde se používá Fahrenheitova stupnice, jako například ve Spojených státech, znamená 40 stupňů zimu, teplotu ne o mnoho vyšší než je bod tuhnutí vody. Ale v Evropě, kde se běžně používá Celsiova stupnice, představuje 40 stupňů úmorné vedro. V tomto článku se budeme zabývat pouze těmito dvěma stupnicemi, které se všeobecně používají. Kde mají Fahrenheitova a Celsiova stupnice svůj původ?

V roce 1714 německý fyzik Gabriel Daniel Fahrenheit použil rtuťový teploměr k tomu, aby navrhl teplotní stupnici. Stanovil tři pevné body. Chtěl, aby nulový bod jeho stupnice byl co možná nejníže. Smísil tedy led, vodu a určitý druh soli, a teplota směsi poklesla na nejnižší bod, který tak mohl získat. Tato teplota se stala nulou na jeho stupnici. Nato Fahrenheit zvolil jako horní bod své stupnice teplotu zdravého lidského těla. Stanovil tuto teplotu na 96 stupňů. (Od té doby se však zjistilo, že normální lidská teplota je asi o 2,5 stupně vyšší, než stanovil.) Aby získal třetí pevný bod, změřil bod tuhnutí vody a zjistil, že odpovídá 32 stupňům. Později byla stupnice aplikována na bod varu vody: Ukázalo se, že je to teplota 212 stupňů na hladině moře, a Fahrenheit ji posléze navrhl jako horní bod své nové stupnice.

Současníkem Gabriela Fahrenheita byl Anders Celsius, švédský astronom, který žil v letech 1701 až 1744. V roce 1742 Celsius vynalezl teplotní stupnici, která je označována rovněž podle jména svého vynálezce. Stupnice je založena na dvou pevných bodech: 0 stupňů je bod tuhnutí vody a 100 stupňů je bod varu vody na hladině moře. Celsius rozdělil svůj teploměr na 100 stejných dílů, a proto je tato teplotní stupnice také známá jako stostupňová. Celsiova stupnice se používá tam, kde je přijata metrická soustava měr.

Obě stupnice, Fahrenheitova i Celsiova, se dnes běžně používají, a tak je často potřeba převádět hodnoty z jedné stupnice do druhé. Jak se to dělá? Povšimněme si, že rozdíl mezi bodem varu a bodem tuhnutí vody je na Fahrenheitově stupnici 180 stupňů (212 stupňů minus 32 stupňů). Ale na Celsiově stupnici je to 100 stupňů. Poměr mezi těmito dvěma stupnicemi je tedy 180/100, neboli 9/5.

A tak při převodu ze stupňů Fahrenheita na stupně Celsia nejdříve odečtěte od teploty Fahrenheita 32. Rozdíl potom násobte 5/9. Řekněme například, že je vedro 104 stupňů Fahrenheita. Abyste zjistili teplotu ve stupních Celsia, odečtěte 32 od 104, což dává 72. Pak 72 vynásobte 5/9. Výsledek je 40, což je teplota ve stupních Celsia. Vskutku, 40 stupňů Celsia je úmorné vedro!

Při převodu ze stupňů Celsia na stupně Fahrenheita musíte naopak vynásobit stupně Celsia 9/5 a pak přičíst 32. Jako příklad řekněme, že teplota je 20 stupňů Celsia. Kolika stupňům na Fahrenheitově stupnici to odpovídá? Vynásobte 20 poměrem 9/5, a dostanete 36. Po přičtení 32 ke 36 dospějete k teplotě ve stupních Fahrenheita, a to 68 stupňů.

Co je teplota?

Teplota je míra horka nebo chladu. Ale co způsobuje, že nějaká látka je horká nebo studená? Kdybyste mohli nahlížet do molekulární a atomové struktury látek, když jsou zahřívány, viděli byste, že probíhá mnoho změn. Uvažujme o hrnci s vodou, který je ohříván na kamnech.

Molekuly vody se pohybují čím dál rychleji. Brzy začne voda vřít. To nastane v okamžiku, kdy se molekuly vody pohybují tak rychle, že na sebe vzájemně narážejí a nadále se již neudrží pohromadě v kapalném stavu. Voda se ve skutečnosti začíná měnit v plyn, který vidíme v podobě mlhy.

Bublinky plynu se tvoří nejdříve u dna hrnce, protože tam je teplota nejvyšší. Ačkoli je během této přeměny vody v páru neustále dodáváno teplo, teplota se nemění. To proto, že je potřebná dodatečná energie pro uvolnění molekul z kapalného skupenství a pro jejich přeměnu do skupenství plynného. Tuto energii zajišťuje dodávané teplo. A tak místo toho, aby se voda ohřívala, teplo jednoduše způsobuje, že stále více molekul vody mění svůj stav na plynný.

Molekuly vody v plynném skupenství se pohybují stále rychleji, s růstem teploty kmitají a mění svoji polohu. Kdyby se teplota páry stále zvyšovala, řekněme na desítky až stovky miliónů stupňů, byly by dokonce vyražcny i elektrony z atomů. Při tak vysokých teplotách by i atomová jádra, malinké části uprotřed atomů, na sebe narážela tak prudce, že by mohly nastat nukleární reakce. To je ve skutečnosti myšlenka, která stojí za cílem využít nukleární syntézu pro výrobu energie.

Rozsahy teplot

Pokud je známo, teplota nemá horní mez. Na druhé straně se zdá, že dolní mez má. Absolutní nula byla stanovena na –273,15 stupňů Celsia, neboli –459,67 stupňů Fahrenheita. To je bod, při kterém mají molekuly a atomy libovolné látky nejnižší možnou energii.

Odhaduje se, že povrch planety Pluto má teplotu okolo –210 stupňů Celsia, čili –350 stupňů Fahrenheita. V roce 1965 astronomové dospěli k názoru, že černý vesmírný prostor má teplotu okolo –270 stupňů Celsia, neboli –457 stupňů Fahrenheita, tedy pouhé 3 stupně nad absolutní nulou na Celsiově stupnici. Vezmeme-li druhý extrém, o středu Slunce se předpokládá, že jeho teplota je asi 15 miliónů stupňů Celsia. Ale hvězdy větší než Slunce — a existují i hvězdy tisícinásobně větší — mají pravděpodobně mnohem vyšší teplotu.

A co teploty zde na Zemi? Pohybují se v relativně malém rozsahu. Teplota –89,2 stupňů Celsia, čili –128,6 stupňů Fahrenheita, byla naměřena 21. července 1983 v Antarktidě. A rekordně vysoká teplota 58 stupňů Celsia, neboli 136 stupňů Fahrenheita, byla zaznamenána v Al’Azízíyah v Tripolitánii v severní Africe 13. září 1922. Ale naprostá většina lidí se nesetkala ani s teplotami, které by se těmto extrémům jen přibližovaly. Můžeme být vděčni našemu stvořiteli, Jehovovi Bohu, že rozsah teplot na zemi zůstává v relativně úzkých mezích. Výsledkem je, že se můžeme těšit ze života na zemi.

[Nákres na straně 13]

(Úplný, upravený text — viz publikaci)

Fahrenheit Celsius

212 100 Voda vře při tlaku vzduchu na hladině

moře

98.6 37 Normální tělesná teplota

32 0 Voda tuhne

-40 -40 Bod, kdy se stupně Celsia rovnají

stupňům Fahrenheita

-460 -273 Absolutní nula