Warmte meten

Moderator: physicalattraction

Reageer
Berichten: 3

Warmte meten

Ruim veertig jaar geleden, leerde ik op school dat de temperatuur afhankelijk is van de snelheid waarmee atomen botsen en trillen.
Nu zit ik al jaren met de volgende vraag, waarbij ik warmtestraling buiten beschouwing laat.
Bij een normale luchtdruk botsen er X atomen tegen een thermometer waarbij een temperatuur Y gemeten wordt.
Als men de luchtdruk halveert, zonder dat de moleculen energie verliezen. Oftewel, de temperatuur van de moleculen blijft gelijk als die was bij de normale luchtdruk, dan zullen er X/2 atomen tegen de termometer botsen.
Blijft de termometer nu de zelfde temperatuur aanwijzen, of meet het een lagere temperatuur?
En hoe zit dit dan als er bv nog maar 1 molecuul in een ruimte zit die net zo hard beweegt en trilt alsof bij 100 graden Celsius is?
Is het meten van temperaturen niet geheel afhankelijk van de druk?
In de ruimte heerst een bijna absoluut vacuum en een temperatuur die het absolute nulpunt bereikt.
Maar reizen er geen moleculen door het heelal die kokend heet zijn? Hoe bepaald men de temperatuur van het heelal, als er maar zo weinig deeltjes zijn die een uitslag op een thermometer geven?

Dit forum kan gratis blijven vanwege banners als deze. Door te registeren zal de onderstaande banner overigens verdwijnen.
Berichten: 11.511

Re: Warmte meten

Temperatuur is grofweg de gemiddelde kinetische energie van atomen/moleculen in een gas (of vloeistof, of vaste stof).

Als je straling buiten beschouwing laat kun je in een absoluut vacuum niet echt spreken van een temperatuur: er is tenslotte geen gas. Er is dan niets dat een temperatuur heeft.

In een niet-absoluut vacuum, pakweg een baan rond de aarde is straling veruit het belangrijkste mechanisme dat bepaald hoe warm of koud iets wordt: in zonlicht warmt iets met een redelijk albedo snel op, maar in de schaduw (van de aarde) koelt het rap af.

Bovendien hangt het van albedo af: iets wits/reflecterends zal in zonlicht veel koeler blijven dat iets zwarts/absorberends. Dit is echter allemaal gevolg van straling, domweg het dominante mechanisme buiten de atmosfeer.

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 3.865

Re: Warmte meten

acad001 schreef:
do 22 aug 2019, 15:25
Blijft de thermometer nu de zelfde temperatuur aanwijzen, of meet het een lagere temperatuur?
En hoe zit dit dan als er bv nog maar 1 molecuul in een ruimte zit die net zo hard beweegt en trilt alsof bij 100 graden Celsius is?
In principe wil de onderzoeker een thermometer gebruiken die de te meten temperatuur niet verstoort. Hij wil dus dat de warmtecapaciteit van de thermometer veel kleiner is dan de warmtecapaciteit van de lucht in de meetkamer (voor de eenvoud verwaarloos ik de warmtecapaciteit van de wand van de kamer). Als de onderzoeker de luchtdruk verlaagt moet hij zorgen dat de warmtecapaciteit van de thermometer kleiner wordt, bijvoorbeeld door een andere thermometer te gebruiken. Als er nog maar 1 luchtmolekuul in de kamer is zou de warmtecapaciteit van de thermometer veel kleiner moeten zijn dan die van 1 luchtmolekuul, dat is best een uitdaging!

Berichten: 3

Re: Warmte meten

Ieder bedankt voor het reageren.
Dus als ik het goed begrijp, is de gemeten temperatuur van een en de zelfde thermometer maar bij 1 bepaalde luchtdruk exact. Op welke druk worden huishoudelijke thermometers dan geijkt?
En is er een formule om de afwijking bij andere luchtdrukken te kunnen berekenen?

Berichten: 11.511

Re: Warmte meten

Ik neem aan dat ze geijkt worden bij 1013 millibar, de gemiddelde atmosferische druk. Anderzijds zijn de meeste thermometers niet zo nauwkeurig dat ze merkbare afwijkingen zouden vertonen bij afwijkingen van pakweg 20 millibar die met het weer mee komen.

Overigens is het niet zo dat de afwijking linear is met de luchtdruk of iets dergelijks, een doodgewone thermometer zal ook een redelijk correcte waarde aangeven in een omgeving met 0.5 of 2 bar druk voor zover het ding dat aan kan.

Gebruikersavatar
Berichten: 1.605

Re: Warmte meten

acad001 schreef:
za 24 aug 2019, 16:19
Dus als ik het goed begrijp, is de gemeten temperatuur van een en de zelfde thermometer maar bij 1 bepaalde luchtdruk exact.
De gemeten temperatuur is in principe bij iedere luchtdruk correct.
Dat wil zeggen dat als de thermometer in thermisch evenwicht is met het gas (wat altijd gebeurt als je maar lang genoeg wacht en er geen verstoringen zijn), dan wijst de thermometer de temperatuur van het gas aan.

Bij extreem verdunde gassen met maar een paar moleculen wordt het hele begrip temperatuur problematisch.

Berichten: 11.511

Re: Warmte meten

Dat is inderdaad het probleem met vacuum en temperatuur: op zeeniveau bevat een kubieke meter lucht meer dan een kilo aan gas. Op de top van de hoogste bergen kan teruglopen tot ongeveer een halve kilo mer kuub, maar dat is nog steeds aanzienlijk meer dan de massa van de meeste thermometers, en dan in 1 kubieke meter.

In het hardste vacuum, de ruimte buiten sterrenstelsels en dergelijke, kom je echter wel met zeer lage dichtheden van enkele tot tientallen atomen per kuub. Maar ook aan de buitenkant van het zonnestelsel is het aantal relatief gering - mogelijk zo laag dat je de temperatuur niet kunt meten.

Uiteraard gaat een thermometer zoals je je die voorstelt daar helemaal niet werken gezien de temperatuur voor >99% wordt bepaald door straling, maar je zou bijvoorbeeld kunnen proberen de temperatuur te meten aan de hand van doppler shifts die in dat zeer ijle gas nog steeds een maat zijn voor de snelheid van de deeltjes. Ik vermoed echter dat dat ook niet echt gaat werken: om de shift te meten heb je een lichtbron nodig, en die versnelt de deeltjes als de fotonen ze raken.

Reageer