Temperatuur

We zien het elke dag in het weerbericht en hebben het er regelmatig over: de temperatuur. De temperatuur (symbool: T) zegt iets over de toestand van een stof (bijvoorbeeld lucht of water) en kan veranderen door de stof te verwarmen of af te koelen.

Deeltjes in beweging

Alle stoffen zijn opgebouwd uit losse atomen, of moleculen die uit meerdere atomen bestaan. Water bestaat bijvoorbeeld uit watermoleculen, suiker uit suikermoleculen en lucht uit een mengsel van onder andere stikstofmoleculen en zuurstofmoleculen. Elk molecuul is vervolgens opgebouwd uit één of meerdere soorten atomen. Zo bestaat het watermolecuul uit twee waterstofatomen en één zuurstofatoom die met elkaar verbonden zijn.

Deze deeltjes in de stoffen staan niet stil: zo bewegen bij gassen de moleculen met een grote snelheid door de ruimte en trillen de atomen of moleculen in vaste stoffen. De temperatuur van een stof zegt iets over hoe snel de deeltjes in die stof bewegen. We meten de temperatuur in graden Celsius (°C). Hoe sneller de deeltjes bewegen, hoe hoger de temperatuur is.

Hoe sneller de deeltjes bewegen, hoe hoger de temperatuur van de stof.

Het absolute nulpunt

De theoretisch laagst mogelijke temperatuur is dus de temperatuur waarbij de deeltjes niet meer bewegen maar stilstaan. Deze temperatuur wordt het absolute nulpunt genoemd. Bij die temperatuur staan de deeltjes stil, een lagere temperatuur is niet mogelijk. Het absolute nulpunt is -273 °C.

Temperatuur en warmte

Wanneer je de temperatuur van een stof wilt verhogen moet je er energie in stoppen. Deze energie wordt warmte genoemd. Een voorbeeld is een pannetje water op het fornuis: als je het fornuis aanzet neemt het water warmte op, en daardoor stijgt de temperatuur. Andersom geeft een stof warmte af als zijn temperatuur daalt. Zie bijvoorbeeld een kop thee die langzaam afkoelt: deze geeft warmte af aan de omgeving en daardoor daalt zijn temperatuur. Temperatuur en warmte zijn dus twee verschillende begrippen: temperatuur zegt iets over de toestand waarin de stof zich bevindt, warmte is de hoeveelheid energie die aangevoerd of afgegeven wordt als de temperatuur verandert.

Meten van temperatuur

Je kunt de temperatuur van een stof meten met een thermometer. Voor het meten van de buitentemperatuur wordt vaak een vloeistofthermometer gebruikt. Deze bestaat uit een reservoir met een vloeistof (vaak gekleurde alcohol) en een stijgbuis. Wanneer de temperatuur hoger wordt gaan de alcoholmoleculen sneller bewegen en nemen ze meer ruimte in beslag. Hierdoor stijgt de vloeistof in de stijgbuis. Je leest af tot hoe hoog de vloeistof gestegen is, de schaalverdeling geeft dan de temperatuur aan.

Er zijn ook digitale thermometers. Deze werken met een temperatuurgevoelig weerstandje in een stroomkring, waardoor de stroomsterkte verandert als de temperatuur verandert. De elektronica in de thermometer rekent die stroomsterkte dan om naar de temperatuur en toont die op het schermpje.

Thermometers hebben een verschillend meetbereik. Daarmee wordt aangegeven wat de laagste en wat de hoogste temperatuur is die je met de thermometer kunt meten. Algemeen geldt: hoe kleiner het meetbereik is, hoe nauwkeuriger je met de meter kunt meten. Welk meetbereik handig is hangt af van waar je de thermometer voor wilt gebruiken. Voor de buitentemperatuur is een meetbereik tussen -20 °C en 50 °C prima. Wil je echter de temperatuur meten van water dat gekookt wordt, dan zal het meetbereik van -10 °C tot bijvoorbeeld 110 °C moeten zijn. Een koortsthermometer heeft doorgaans juist een heel klein meetbereik: tussen de 35 °C en 45 °C is daarvoor ruim genoeg. Daardoor kan de lichaamstemperatuur met een koortsthermometer veel nauwkeuriger bepaald worden.

Celsiusschaal

We meten de temperatuur meestal in graden Celsius (°C). De Celsiusschaal werkt met de volgende drie uitgangspunten:

• De temperatuur van smeltend ijs is 0 °C.
• De temperatuur van kokend water is 100 °C.
• Er is een lineair verband tussen de hoogte van de stijgbuis van een vloeistofthermometer en de temperatuur.

Een vloeistofthermometer kan dus geijkt worden door hem eerst in smeltend ijs te houden (je weet dan dat daar de temperatuur 0 °C is), hem daarna in kokend water te houden (je weet dan dat daar de temperatuur 100 °C is) en vervolgens de ruimte daartussen in 100 gelijke stukjes te verdelen.

Andere eenheden van temperatuur

Naast de eenheid graden Celsius (°C) zijn er ook een aantal andere eenheden waarin temperatuur gemeten kan worden. De bekendste zijn graden Fahrenheit (°F) en Kelvin (K).

De temperatuurschaal van Fahrenheit wordt voornamelijk in de Verenigde Staten gebruikt. Deze temperatuurschaal heeft hele andere uitgangspunten dan de Celsiusschaal, waardoor dezelfde temperatuur in de Verenigde Staten met een hele andere waarde aangegeven wordt. De kamertemperatuur van 20 °C is bijvoorbeeld gelijk aan 68 °F.

In de natuurwetenschappen wordt voor de grootheid temperatuur meestal de eenheid Kelvin (K) gebruikt. De temperatuurschaal van Kelvin werkt met dezelfde stapjes als die van Celsius, maar heeft een ander nulpunt: het absolute nulpunt. Wanneer de deeltjes stilstaan is de temperatuur 0 K. Een temperatuur van 0 K is dus gelijk aan een temperatuur van -273 °C. Een temperatuur van 273 K is dus gelijk aan een temperatuur van 0 °C. Omrekenen tussen Kelvin en graden Celsius gaat als volgt:

T (in K) = T (in °C) + 273

T (in °C) = T (in K) - 273

Drie temperatuurschalen: Fahrenheit, Celsius en Kelvin.

Bronvermelding afbeeldingen

Thermometer op strand: Christoph Scholz, Flickr - https://www.flickr.com/photos/140988606@N08/ - licentie CC BY-SA 2.0
Weerbericht Gerrit Hiemstra: NOS - https://jeugdjournaal.nl/artikel/2487964-oproep-wat-wil-jij-weten-van-weerman-gerrit-hiemstra
Bewegende deeltjes en temperatuur: Tec-Science - https://www.tec-science.com/de/thermodynamik-waermelehre/temperatur/temperatur-und-teilchenbewegung
Vier verschillende thermometers: pngimg.com - https://pngimg.com/search_image/?page=5&search_image=thermometer - licentie CC-BY-NC 4.0
Temperatuurschalen: Lumen Learning (bewerkt) - https://courses.lumenlearning.com/suny-chemistryformajorsxmaster/chapter/mathematical-treatment-of-measurement-results-you-must-stay-in-inline-math-mode/ - licentie CC-BY 4.0

Wat vind je van deze uitleg?

Reageer of stel een vraag