Välkommen till Resurscentrums frågelåda!

 

Vill du ha ett snabbt svar - sök i databasen: Anpassad Google-sökning
(tips för sökningen).
Använd diskussionsforum om du vill diskutera något.
Senaste frågorna. Veckans fråga.

15 frågor/svar hittade

Värme [20483]

Fråga:
Är ljusets hastighet maxtemperaturen?
/Isak B, Skolan på Ön, Limhamn

Svar:
Isak! Jag antar du frågar om partiklarnas rörelse vid mycket höga temperaturer.

Värme är ju materiepartiklarnas slumpmässiga rörelse. Ju högre temperatur desto snabbare rörelse. Den speciella relativitetsteorin omöjliggör att hastigheten för partiklar med vilomassa blir lika med ljushastigheten c. Partiklarnas massa ökar så att massan går mot oändligheten när hastigheten närmar sig c. Energin som tillförs för att värma en samling partiklar kommer alltså att bli massa i stället för ökande kinetisk energi (och därmed hastighet).

Det finns fler effekter som begränsar möjliga temperaturer:
(i) Partiklarna får så stor massa att gravitationskraften mellan dem dominerar. Denna blandning av kvantfysik och gravitation har vi ingen teori för.
(ii) När partiklar med hög energi kolliderar kan det bildas nya partiklar genom parbildning. Tillförd energi går alltså till att skapa fler partiklar i stället för att öka temperaturen.

Se vidare Absolute_hot och fråga 18902 , 17592 och 13270 .
/Peter E

Nyckelord: temperatur/temperaturskalor [15];

*

[20263]

Fråga:
Hej! Dagligen meddelas temperaturuppgifter för olika orter i medierna. Med all respekt för hur "väderburar" är utrustade undrar jag: Hur vet man att temperaturerna "är korrekta"? Arkivmetern och arkivkilot kunde man ju jämföra med, men någon arkivtermometer, finns det? Har det funnits?
/Thomas Å, Knivsta

Svar:
Ja, det finns standards även för temperaturmätning, men det är en hel vetenskap (länk 1).

Jag antar att SMHI använder termometrar av hög kvalité som ger tillräckligt bra värden. Precisionen är säkert bättre än osäkerheten beroende på mätstationens omgivning. Ja, termometrarna (numera inte kvicksilver utan motståndstermometrar) kontrolleras med jämna mellanrum. Länk 2 ger detaljerad information om SMHIs temperaturmätningar.
/Peter E

Nyckelord: temperatur/temperaturskalor [15];

1 https://www.astm.org/Standards/temperature-measurement-standards.html
2 http://www.smhi.se/kunskapsbanken/meteorologi/hur-mats-lufttemperatur-1.3839

*

Värme [19406]

Fråga:
Hej! Temperatur avläses på en termometer och sägs vara ett mått på atomernas hastigheter(rörelseenergi). Strålningsenergi ger också en temperatur, t ex universums bakgrundsstrålnings temp 2,7K. Hur hänger dessa temperaturer/mått ihop?
/Thomas Å, Knivsta

Svar:
Värmerörelsen knyts till temperatur genom kinetiska gasteorin, se Temperature#Kinetic_theory_of_gases . Medelvärdet av den kinetiska energin hos en enatomig molekyl ges av

mv2/2 = 3kT/2

där m är molekylens massa, v2 är kvadratiska medelvärdet av molekylernas hastighet och k är Boltzmann-konstanten (Boltzmann_constant ).

Sambandet mellan värmestrålning och temperatur ges av Plancks strålningslag, se fråga 12397 .

Wiens förskjutningslag, se fråga 12397 , ger ett direkt samband mellan maximum för temperaturstrålningen och temperaturen:

lmax*T = 2.898×10−3 m·K
/Peter E

Nyckelord: temperatur/temperaturskalor [15];

*

Värme [18902]

Fråga:
Kan man ha temperaturer lägre än absoluta nollpunkten?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Hej! I dag, 7/1-13, rapporterar vetenskapsradion (SR P1) att man nått temperaturer lägre än absoluta nollpunkten. Det tycks man enligt inslag i frågelådan här ha nått tidigare, så vad är det egentligen nya för 2013? Och finns det en absolut högsta temperatur? Frågesvaren med nummer 1262, 5956 och 9718 ger inte något entydigt svar, tycker jag. Beror alltihop på hur man definierar absolutvärdena?
/Thomas Å, Knivsta

Svar:
Thomas! Jag tror att forskarna spetsat till sin beskrivning (länk 1) lite grann. För normala termodynamiska system är det translationsrörelsen hos atomer/molekyler som bestämmer temperaturen. Då finns i princip ingen begränsning uppåt av temperaturen och negativa absoluta temperaturer förekommer inte.

Enkelt uttryck är temperatur ett mått på partiklars (atomer/molekyler i en gas) slumpmässiga rörelse. Vid 0 Kelvin (-273.15oC) står partiklarna stilla och oordningen upphör. Inget kan alltså vara kallare än absoluta nollpunkten. Trots detta kan absoluta temperaturer vara negativa, se nedan.

Att man med negativa temperaturer kan åstadkomma att entropilagen inte gäller och därmed få verkningsgrader som är större än 1 tror jag inte på. De försök man gjort bygger på subtila kvantmekaniska effekter som man inte har i t.ex. en motor. Det nya är att man har experimentellt visat ett system med negativ temperatur.

Detta betyder inte att rapporten är fel eller ointressant.

Låt oss börja med ett par definitioner av fysikaliska storheter:

entropi (mikroskopisk definition) (entropy , entropi )

I den mikroskopiska definitionen, som används inom statistisk mekanik, mäter entropin oordningen hos varje individuell frihetsgrad, det vill säga variationen av mikrotillstånd. Den totala entropin är summan av varje entropibidrag från respektive frihetsgrad, exempelvis vibrationsfrekvens, magnetiskt bidrag, och dylikt. Entropi betecknas ofta med bokstaven S. Termodynamikens andra huvudsats säger att naturens riktning är att öka oordningen, vilket oftast postuleras som att jämvikt uppstår då entropin uppnått sitt maximala värde.

Låt oss ta det enklast möjliga systemet som exempel: en rad med N stycken spinn 1/2 atomer som sitter på en endimensionell tråd. Vi har även ett magnetfält av styrkan B. Den enda frihetsgraden är att spinnet kan ändras mellan + och - (spinn upp och ner). Om atomernas magnetiska moment är u blir den totala energin

E = (N+ - N-)*uB

där Nx är antalet atomer i respektive tillstånd.

Observera att med denna definition är E noll om vi har lika många spinn-up som spinn-ner. Det lägsta energitillståndet har vi när alla atomer har spinn-ner, E = -NuB. Detta är systemets absoluta nollpunkt. Det finns bara ett sätt att åstadkomma detta tillstånd: alla atomer har spinn-ner. Entropin S är logaritmen av antalet tillstånd, så vi får S = log(1) = 0.

Om vi nu adderar energin uB till systemet, så behöver vi ändra spinnet till upp för en partikel. Den finns N möjligheter, så entropin är S = log(N).

Om vi adderar ett kvantum energi till, får vi N(N-1)/2 möjliga subtillstånd. Vi ser alltså att entropin ökar med ökande energi, dvs temperaturen (1/T = dS/dE, se nedanstående definition av temperatur) är positiv.

Entropin kan emellertid inte öka obegränsat eftersom vi har en maximal energi +NuB med alla atomer i spinn-up tillståndet. Här finns det återigen bara ett subtillstånd, och entropin är 0. Om vi tar bort ett kvantum energi har vi en atom med spinn-ner, dvs S = log(N). För ökande energi har vi alltså i detta området en negativ temperatur 1/T=dS/dE eftersom dS är negativt.

Vi har alltså skapat ett system där entropin först växer från 0 till ett maximum (med hälften spinn-up och hälften spinn-ner). Därefter minskar entropin till 0 när alla atomer har spinn-up. Temperaturen är från början positiv och ökar till positiva oändligheten vid entropins extremvärde (dS/dE=0). Där slår temperaturen över till negativa oändligheten och fortsätter att öka till den maximala energin. Observera att området med negativ temperatur är varmare än det med positiv temperatur. Detta är helt enkelt en konsekvens av hur absoluta temperaturen definierats.

Förutsättningen att kunna tala om negativ temperatur är alltså att energin hos systemet har ett maximum. Detta är möjligt bara för vissa frihetsgrader som t.ex. spinn. Den totala entropin för ett system är summan av entropin för de olika frihetsgraderna. Om man i systemet inkluderar translationsenergi som inte har något maxvärde, så kan man inte tala om negativa temperaturer.

temperatur (temperature , temperatur )

Temperatur är en fysikalisk storhet och ett mått på det som vanligtvis uppfattas som värme och kyla. Värmeflödet är från en högre temperatur till en lägre temperatur. Vid lika temperatur är föremål i termisk jämvikt. Temperatur kan också beskrivas som den kinetiska energin hos ett ämne. D.v.s. rörelsen hos molekylerna/atomerna inom ämnet. Vid högre temperatur rör de sig mer och vid lägre temperatur mindre.

Temperaturen kontrollerar alltså flödet av värme mellan olika system, och som i alla fysikaliska system strävar naturen mot maximal entropi dvs det tillstånd som kan realiseras på flest sätt. Sambandet mellan entropi och temperatur är

1/T=dS/dE

Så länge entropin ökar med energin (dS/dE > 0) är T alltid positiv. Bara vissa frihetsgrader kan ha negativ temperatur, se exemplet ovan. Förutsättningen är att växelverkan med andra frihetsgrader är tillräckligt liten.

Se Thermodynamic_temperature#Definition_of_thermodynamic_temperature .

Maximal temperatur: För ett normalt system av partiklar med translationsenergi finns ingen skarp övre gräns för energin, åtminstone om man betraktar "normala" temperaturer. Vi mycket höga temperaturer kommer partiklarna att kollidera och producera partikel/antipartikelpar och fotoner. Detta medför en ökning av antalet frihetsgrader och en reduktion av temperaturhöjningen. Vid tillräckligt hög temperatur stöter man på samma problem som när man försöker beskriva universum nära big bang.

Experimentet som rapporteras i länk 1 involverar inte spinn utan är cirka 100000 atomer i vakuum som kyls ned till en miljarddels K i optiska fällor som åstadkoms med laserstrålar. Dessa skapar ett optiskt gitter med atomerna regelbundet ordnade som i en kristall (se nedanstående figur från optical_lattice ). Atomerna kan röra sig mellan olika positioner med tunneleffekten, men den kinetiska energin har en övre gräns. På grund av detta kan systemet uppvisa negativa temperaturer vilket även påvisats i experimentet.

Se vidare länk 2, temperatur/temperaturskalor och Absolute_hot .



/Peter E

Nyckelord: absoluta nollpunkten [9]; temperatur/temperaturskalor [15];

1 http://www.mpg.de/6776082/negative_absolute_temperature
2 http://math.ucr.edu/home/baez/physics/ParticleAndNuclear/neg_temperature.html

*

Värme [17592]

Fråga:
Hej. Jag undrar vad den varmaste och kallaste temperaturen som man vet om i rymden är (svara gärna i celsius), och vart är det? Och vad är det kallaste och varmaste som man tror att det kan bli?
/Alva C, Raulwallenbergskolan, Bromma

Svar:
Alva! Temperatur är slumpmässig rörelse hos atomer/molekyler, se nedanstående figur från Temperature#Kinetic_theory_of_gases .

Om man med rymden menar vakuumet, så har det ingen temperatur, se fråga 1477 .

Man kan tolka frågan mer generellt: vad är de extrema temperaturerna i universum?

I så fall blir den lägsta temperaturen mycket nära den absoluta nollpunkten -273.15oC i ett område där det inte finns några stjärnor som värmer med sin strålning.

Under mycket kort tid kan temperaturer på 350 miljarder oC uppnås t.ex. i kolliderande neutronstjärnor.

Den engelska artikeln om temperatur innehåller en tabell med exempel på temperaturen hos olika objekt, se Temperature#Examples_of_temperature . Lägg märke till att flera av de högsta och lägsta temperaturerna är producerade av människan!



/Peter E

Nyckelord: temperatur/temperaturskalor [15];

*

Värme [17401]

Fråga:
vilka tre temperaturskalor är de vanligaste som används i världen idag?

var används de tre skalorna?

vad betyder "den absoluta nollpunkten"?
/Michelle D, skiljeboskolan, västerås

Svar:
Michelle! De vanligaste temperaturskalorna är Celsius (oC), Fahrenheit (oF) och den absoluta skalan Kelvin (K, obervera inget o-tecken!). Användningen beskrivs mycket bra i länk 1. Länk 2 är en kalkylator som konverterar mellan olika skalor.

I fysiken använder man nästan uteslutande absoluta temperaturer (K). I de flesta länder är oC standard, men Storbritanien ger ofta även oF. I USA avänds fortfarande nästan uteslutande oF för väderrapporter.

Absoluta nollpunkten är den teoretiskt lägsta temperaturen som går att uppnå. Ur ett klassiskt perspektiv motsvarar absoluta nollpunkten den temperatur där atomernas och molekylernas vibrationer helt avstannar. Kvantmekaniken förbjuder dock via Heisenbergs obestämdhetsrelation en sådan situation – i stället ses absoluta nollpunkten som den temperatur där samtliga partiklar når sin lägsta energi, det vill säga befinner sig i grundtillståndet.

Internationellt har man definierat absoluta nollpunkten som 0 K på Kelvinskalan, eller −273,15°C på Celsiusskalan. Som utgångspunkt för definitionen har man använt sig av vattnets trippelpunkt vid 0,01°C (273,16 K). Vetenskapen har nått temperaturer mycket nära absoluta nollpunkten och där observerat kvantmekaniska effekter hos materia som exempelvis supraledning och suprafluiditet. Se Absoluta_nollpunkten .



/Peter E

Nyckelord: temperatur/temperaturskalor [15];

1 http://abyss.uoregon.edu/~js/glossary/temperature_scale.html
2 http://www.konvertera.nu/konvertera_temperatur.php

*

Materiens innersta-Atomer-Kärnor [16315]

Fråga:
Fråga som uppkommit i kollegiet.

Värme är ju atomer in rörelse, vid noll kelvin står atomerna stilla. Hur hög är temperaturen om man hypotetiskt skulle få upp ett antal atomer till ljusets hastighet?
/Per H, Bokelundsskolan, Sölvesborg

Svar:
Se fråga 18902 för definition av temperatur.

Angående låga temperaturer, se fråga 4955 .

Atomerna kan aldrig komma upp i ljusets hastighet eftersom det skulle krävas oändlig energi. I princip finns dock ingen energigräns men se fråga 5956. Temperatur är även slumpmässig rörelse, så det duger inte att bara accelerera atomerna.
/Peter E

Se även fråga 4955 och fråga 5956

Nyckelord: temperatur/temperaturskalor [15];

*

Värme [13270]

Fråga:
Finns det någon övre gräns för hur varmt ett föremål kan vara? Värme beror ju på atomernas rörelse i materien som i sin tur är underkastade relativitetsteorin.
/Lars b, Pauli, Malmö

Svar:
I princip inte. Värme är ett mått på medelrörelseenergin, och man kan definiera denna även om man tar hänsyn till den speciella relativitetsteorin. Ljushastigheten i vakuum c är förstås en maxhastighet. Massan ökar å andra sidan när hastigheten närmar sig c (massan går som 1/sqrt(1-v2/c2) alltså mot oändligheten när v går mot c), vilket betyder att rörelseenergin i princip är obegränsad.

För mycket höga temperaturer måste man alltså använda relativistiska uttryck för rörelseenergi, vilket gör uttrycket lite mer komplicerat, se Maxwell-Boltzmann_distribution#Distribution_for_relativistic_speeds .

Om man däremot går mot hög temperatur OCH hög densitet som i Big Bang före 10-43 sekunder, så har vi i dag ingen fysikalisk teori som bra beskriver förhållandena. Om partiklarna kolliderar händer det konstiga saker (det bildas nya partiklar/antipartiklar), och på så sätt begränsas temperaturen.
/Peter E

Nyckelord: temperatur/temperaturskalor [15];

*

Värme [12641]

Fråga:
Kan man säga att 4 grader är dubbelt så varmt som 2 grader?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Temperatur=rörelse, men hur kan man språkligt säga "dubbelt så varmt som" när det är 4 grader jämfört med 2 grader, svårare vid tex nollgradigt? Jämför den logaritmiska pH-skalan, varför har vi inte något relativt värmeskalesystem där en temperatur är dubbelt så stor/ alt 10 ggr så stor? Dvs där rörelsen är i fokus och inte absoluta nollpunkte/vattnets frys/kokpunkt?
/Ingela B, Burås, Göteborg

Svar:
Man kan inte säga att 4 grader är dubbelt så varmt som 2 grader, eftersom nollpunkterna i de normala temperaturskalorna är helt godtyckligt definierade. Möjligen kan man det om man använder absolutskalan: 400 K är dubbelt så varmt som 200 K, dvs man menar att medelrörelseenergin hos molekylerna är dubbelt så stor vid 400 K.

Den linjära temperaturskalan vi använder är faktiskt lämpligare så länge vi talar om normala temperaturer, säg 0-100 grader. En logaritmisk skala hade blivit "utdragen" i ena ändan och "hoptryckt" i den andra. En logaritmisk skala är lämplig när man vill spänna över många tiopotenser, viket är fallet t.ex. för vätejonskoncentration (pH). Se vidare länk 1, temperatur/temperaturskalor och About Temperature .
/Peter E

Nyckelord: temperatur/temperaturskalor [15];

1 http://susning.nu/Celsius

*

Blandat [12407]

Fråga:
När Celsius skapade sin temperatur skala använde han vattnets fryspunkt och kokpunkt för att definera denna. Vad är det som Fahrenheit använder i sin skala?
/Tomas T, Örebro

Svar:
Fahrenheits noll var det kallaste han kunde åstadkomma: en blandning av snö och salt. Saltet sänker vattnets smältpunkt till c:a -18 grader C. 100 grader Fahrenheit definierades som kroppstemperaturen, men han måste ha haft lite feber för det motsvarar 37.8 grader C. Sambandet mellan grader F och grader C ges av:

F = (9/5)*C + 32

Se även Konvertera.nu .
/Peter E

Se även fråga 4639

Nyckelord: vatten/is [31]; temperatur/temperaturskalor [15];

*

Värme [5956]

Fråga:
Finns det någon gräns om hur varmt det kan bli? Vad är den högsta temp. man har uppmätt?
/Calle E, Snäck, Ronneby

Svar:
Ett kvark-gluon plasma (se nedan!) är nog det hetaste tillstånd vi kan producera. Där är temperaturen 2 · 1012 grader, eller 2000000000000 grader. Tillför man mera energi till ett sådant tillstånd, ökar inte temperaturen, nya partiklar bildas i stället.
/KS

Se även fråga 4220

Nyckelord: temperatur/temperaturskalor [15];

*

Energi [3152]

Fråga:
Jag har svårt med temperaturbegreppet. Om två material t ex järn resp vatten har samma temperatur, finns det då något som dessa har gemensamt än just temperaturen? Jag har några förslag men vet inte om någon är riktig. 1.) Medelvärdet på atomernas rörelseenergier är lika ( för järnet resp. vattnet med samma temperatur). 2.) Både medelvärdet och fördelningen ( kurvans form ) av atomernas rörelseenergier är lika. 3.) och 4.) Samma som i 1 och 2 fast hastigheter istället för rörelseenergier.
/erik W, Komvux, östersund

Svar:
För ideala gaser är svaret enkelt. Molekylernas medelenergi och energifördelning är lika för alla gaser. För vätskor och fasta ämnen är det lite mera komplicerat, men det är i alla fall energin och inte hastigheten man ska tänka på. I fallet med järn sitter ju atomerna i ett kristallgitter. Den termiska energin  beskrivs som atomernas vibrationer i detta gitter. Dessa vibrationer är kollektiva fenomen, alltså de olika järnatomernas vibrationer är kopplade till varandra genom energikvanta som kallas fononer. I synnerhet vid låga temperaturer gör sig kvantmekaniska begränsningar gällande. Gränsen (kallas Debye-temperaturen) ligger för järn vid +200 oC. Järn är ju en metall, så en del av den termiska energin finns hos de fria elektronerna.

När det gäller vatten så knuffar molekylerna på varandra, häftigare ju högre temperaturen är. Men molekylerna är inte oberoende av varandra. Den mesta tiden sitter de fast vid varandra med så kallade vätebindningar. Hur detta mönster ser ut, beror på temperaturen. Så vatten är ännu besvärligare att beskriva.

Det här var inget lättbegripligt svar, men allt är inte lätt. Det är i varje fall energin du ska tänka på. Naturen behöver inte tänka alls.
/KS

Nyckelord: temperatur/temperaturskalor [15];

*

Partiklar [9718]

Fråga:
Hej, och tack för en suverän sida!!!!

Har två frågor:

1. Det kan ju inte bli kallare än absoluta nollpunkten, men hur varmt kan det bli? Finns det någon gräns, eller kan det i princip bli hur varmt som helst? Om det finns en gräns, vart går den i så fall (i teorin) och varför? Dessutom, hur hög temperatur har forskare lyckats skapa/mäta upp på jorden?

2. Universum är ju oändligt stort. Men hur förhåller det sig med motsatsen? Kan något bli oändligt litet? Om inte...varför då? Så länge det finns "massa" så måste man väl kunna halvera denna "massa" i oändlighet (ja i teorin i alla fall). Man har ju tex lyckats klyva atomer. Annars måste det förhålla sig så att "något" övergår från "massa" till "energi" om det blir tillräckligt litet och när sker i så fall det och varför?

Har försökt leta överallt på internet (inkls här) men inte hittat några svar på dom frågorna, så nu hoppas jag på er.
/Marie B, Söderby Skola, Borlänge

Svar:
1. Beroende på definitionen av temperaturskalan, kan man faktiskt tala om temperaturer under absoluta nollpunkten. Se svaret nedan. Men det är nog mest ett kuriosum. 2*1012K är den högsta temperaturen i vanlig mening. Se svaret nedan.

2. Den minsta längd man brukar tala om är Plancklängden (10-35 m), där gravitationen måste behandlas kvantmekaniskt. Det kan vi ännu inte riktigt. Protonen är 10-15 m. Det minsta som är utforskat experimentellt är 10-19 m.
/KS/lpe

Se även fråga 9040 och fråga 5956

Nyckelord: temperatur/temperaturskalor [15];

*

Värme [3573]

Fråga:
Vad är det för skillnad mellan de två temperaturskalorna Celsius och Kelvin????
/Linnea R, Junedalskolan, Jönköping

Svar:
Om K är temperaturen i Kelvin och C är temperaturen i Celcius gäller:

K = C + 273.15

Alltså, vid 0 oC är temperaturen 273.15 K. Detta är den absoluta nollpunkten som är den lägsta möjliga temperaturen.
/KS

Nyckelord: temperatur/temperaturskalor [15];

*

Värme [557]

Fråga:
Temperatur definieras som rörelse. Ingen rörelse 0 K Max hastighet = ljusets hastighet. Innebär detta att det finns en högsta temperatur?
/   

Svar:
Temperatur tycker jag är ett svårt begrepp. Den mest grundläggande egenskapen hos temperaturen är: Om två kroppar är i termisk kontakt så strömmar värme från den kropp som har högre temperatur till den kropp som har lägre temperatur. Man kan säga att temperaturen är ett mått på en kropps benägenhet att avge värme.

Om man värmer en gas så ökar värmeenergin i gasen med temperaturen. Det visar sig att molekylernas rörelseenergi är proportionell mot den absoluta temperaturen.

Visserligen finns det en övre gräns för molekylernas fart (= ljusfarten) men det finns ingen övre gräns för deras rörelseenergi. Det finns i den nuvarande teorin ingen övre gräns för temperaturen.

Fundera: Innehåller ett isberg eller en kopp varmt te mest värmeenergi?
/GO

Nyckelord: värmemängd [3]; temperatur/temperaturskalor [15];

*

Ämnesområde
Sök efter
Grundskolan eller gymnasiet?
Nyckelord: (Enda villkor)
Definition: (Enda villkor)
 
 

Om du inte hittar svaret i databasen eller i

Sök i svenska Wikipedia:

- fråga gärna här.

 

 

Frågelådan innehåller 7168 frågor med svar.
Senaste ändringen i databasen gjordes 2017-07-06 14:08:20.


sök | söktips | Veckans fråga | alla 'Veckans fråga' | ämnen | dokumentation | ställ en fråga
till diskussionsfora

 

Creative Commons License

Denna sida från NRCF är licensierad under Creative Commons:
Erkännande-Ickekommersiell-Inga bearbetningar
.