Temperatur — Celsius vs. Kelvin (T_K = T_C + 273,15)

Fysik A · STX · A-niveau · Termodynamik

⚛️ Temperatur — Celsius vs. Kelvin (T_K = T_C + 273,15)

Temperatur = mål for gennemsnitlig kinetisk energi af molekyler.

Celsius-skalaen (Anders Celsius 1742): 0°C = vandets frysepunkt, 100°C = kogepunkt (ved 1 atm).

Fahrenheit-skalaen (Daniel Fahrenheit 1724): 32°F = frysepunkt, 212°F = kogepunkt. T_F = T_C·9/5 + 32. Bruges primært i USA.

Kelvin-skalaen (absolut) (William Thomson, Lord Kelvin 1848): T_K = T_C + 273,15. 0 K = absolut nul. Ingen negative værdier. SI-enheden for temperatur.

Absolut nul: T = 0 K = -273,15°C. Teoretisk grænse hvor al molekylær bevægelse stopper. Aldrig opnået eksperimentelt — laboratorier har nået ~10⁻¹⁰ K (1 milliarddel grad over absolut nul).

Hvornår bruges Kelvin?: ALTID i ideal gas-loven (pV = nRT), Stefan-Boltzmann (P = σT⁴), Wiens forskydningslov (λ_max·T = konst), CARNOT-effektivitet, alle termodynamiske formler.

Eksempel: stuetemperatur 20°C = 293 K. Vand koger ved 100°C = 373 K. Kropstemperatur 37°C = 310 K. Solens overflade ~5800 K.

Fejl ved at bruge Celsius i Kelvin-formler: hvis du beregner forhold T₁/T₂ med Celsius i stedet for Kelvin, får du forkert svar. Eks: 0°C/100°C = 0. Men 273/373 = 0,73.

Tripelpunktet for vand: 0,01°C = 273,16 K, 612 Pa. Reference for temperaturskalaen. I 2019 blev Kelvin redefineret via Boltzmann-konstanten k = 1,381·10⁻²³ J/K.

Internationale temperaturskala (ITS-90): praktisk realisation af Kelvin via fix-punkter (helium-tripel, vandets tripel, sølv-frysepunkt, guld-frysepunkt).

Termometre: kviksølv (-39 til 350°C), alkohol (-115 til 78°C, billigere og mindre giftigt), modstandstermometre (Pt-100, meget præcise), termoelementer (to metaller, spændingsforskel afhænger af T) og infrarøde termometre (måler stråling, kontaktfri).

Læringsmål

• Anvende idealgasloven pV = nRT
• Skelne isoterm, isobar, isokor, adiabatisk tilstandsændring
• Beregne indre energi for ideal gas
• Anvende termodynamikkens 1. lov ΔU = Q − W
• Beregne varmekapacitet og varmeudveksling

Sådan kan du arbejde med emnet

• Omregn en given temperatur fra Celsius til Kelvin og omvendt
• Forklar, hvorfor Kelvin-skalaen er nødvendig i fysiske formler som idealgasloven
• Diskutér, hvad det betyder, at 0 K kaldes det absolutte nulpunkt

Eksperiment-forslag

• Byg et simpelt luft-termometer (kolbe + tynd glasrør + farvet vand) og kalibrér det mod et almindeligt termometer ved isvand (0°C) og kogende vand (100°C).
• Mål temperaturen af samme vandprøve med et kviksølv-/alkoholtermometer og et infrarødt termometer, og diskutér forskelle (kontakt vs. stråling).
• Omregn en række dagligdags temperaturer (frysere, ovne, kropstemperatur, Solens overflade) mellem Celsius, Kelvin og Fahrenheit, og diskutér hvorfor Kelvin er nødvendig i fysiske formler.

Brobygning

Nu hvor temperaturskalaerne er på plads, kan vi se nærmere på, hvad temperatur egentlig MÅLER, og hvordan det adskiller sig fra varme som energiform. Næste emne er 'Varme vs. temperatur'.