Temperatur och temperaturskalor

Temperatur talar om hur varmt eller kallt något är. Det du egentligen mäter är hur snabbt partiklarna i ämnet rör sig: ju varmare något är, desto fortare rör sig partiklarna, och ju kallare, desto lugnare rör de sig. En termometer får samma temperatur som det den mäter och visar den som ett tal på en skala. I Sverige läser vi oftast av grader Celsius, där vattnet fryser vid 0 grader och kokar vid 100 grader vid normalt lufttryck.

Temperatur och värme är inte samma sak, även om orden ofta blandas ihop i vardagsspråket. Temperatur beskriver hur snabbt partiklarna rör sig i genomsnitt – en egenskap hos ämnet just då. Värme är den energi som strömmar från något varmare till något kallare när de kommer i kontakt. En balja med ljummet vatten kan innehålla mer termisk energi än en kopp nykokt kaffe, eftersom baljan rymmer så många fler partiklar, trots att kaffet har högre temperatur. Det är mängden partiklar och deras rörelse tillsammans som avgör hur mycket energi som finns att hämta.

I fysiken används ofta en annan skala än Celsius, nämligen kelvin (K). Den börjar vid den absoluta nollpunkten, den lägsta temperatur som är tänkbar, −273,15 °C. Vid den gränsen har partiklarna så lite rörelse som det över huvud taget är möjligt, och ingenting kan bli kallare. Omvandlingen mellan skalorna görs med T = t + 273,15, där T är temperaturen i kelvin och t är temperaturen i grader Celsius. 20 °C blir alltså 293,15 K, och vattnets kokpunkt vid 100 °C motsvarar 373,15 K.

Kelvin är särskilt viktig när flera storheter hänger ihop, till exempel när en gas trycks ihop eller värms upp. Sambanden mellan tryck, volym och temperatur gäller bara när temperaturen räknas från den absoluta nollpunkten, inte från en godtycklig nollpunkt som celsiusskalans. Det är därför du möter kelvin i nästan alla fysikformler som innehåller temperatur, även om du i vardagen fortsätter att tänka i grader Celsius.

Formel

T = t + 273,15

Omvandling mellan temperaturskalorna, där T är temperaturen i kelvin (K) och t är temperaturen i grader Celsius (°C). Addera alltid 273,15, oavsett hur stort eller litet talet är.

Det här lär du dig

Förklara temperatur som ett mått på partiklarnas genomsnittliga rörelse
Skilja på temperatur och värme med ett eget exempel
Omvandla mellan grader Celsius och kelvin
Förklara vad den absoluta nollpunkten är och varför den är en gräns

Begrepp att kunna

Temperatur: Ett mått på hur snabbt partiklarna i ett ämne rör sig i genomsnitt. Mäts i grader Celsius eller kelvin.
Värme: Energi som strömmar från ett varmare ämne till ett kallare på grund av temperaturskillnaden. Skild från temperatur, som bara beskriver partikelrörelsen.
Celsius: Temperaturskala där vattnets fryspunkt är 0 °C och kokpunkt 100 °C vid normalt lufttryck. Den skala vi använder i vardagen.
Kelvin: Temperaturskala utan negativa värden, med nollpunkten vid den absoluta nollpunkten. Används i fysikens formler. Sambandet är T = t + 273,15.
Absoluta nollpunkten: Den lägsta temperatur som är tänkbar, −273,15 °C eller 0 K. Vid den gränsen har partiklarna minsta möjliga rörelse.

Vanliga svårigheter

Tror att temperatur och värme är samma storhet

Temperatur är en egenskap hos ett ämne just nu: hur snabbt partiklarna rör sig i genomsnitt. Värme är energi som strömmar mellan ämnen på grund av en temperaturskillnad. En stor mängd ljummet vatten kan innehålla mer termisk energi än en liten mängd varmare vatten, eftersom den stora mängden har så många fler partiklar.

Tror att kelvin kan bli negativ precis som Celsius

Kelvinskalan är konstruerad så att 0 K är den lägsta temperatur som är tänkbar. Det finns därför ingen negativ kelvintemperatur att räkna med. Om en omvandling ger ett negativt kelvinvärde har något blivit fel på vägen, till exempel att 273,15 dragits bort i stället för att läggas till.

Tror att dubbelt så högt celsiustal betyder dubbel temperatur

20 °C är inte hälften så varmt som 40 °C, eftersom celsiusskalans nollpunkt är godtyckligt vald vid vattnets fryspunkt och inte vid frånvaro av partikelrörelse. I kelvin stämmer proportionaliteten: dubbel kelvintemperatur betyder dubbel genomsnittlig rörelseenergi hos partiklarna i en gas. Det är en av anledningarna till att fysiken använder kelvin i sina formler.

I verkligheten

Du kliver ur ett varmt bad och fryser, trots att badrummet håller vanlig rumstemperatur

Värme strömmar nu från den varma, blöta huden till den svalare luften, och vattnet som avdunstar från huden tar med sig ännu mer energi. Känslan av kallt eller varmt beror på riktningen och hastigheten på värmeflödet, inte bara på det exakta temperaturtalet.

En väderrapport anger natttemperaturen till −5 °C efter en mild dag på 8 °C

Skillnaden mellan talen visar hur mycket partiklarnas rörelse i luften har minskat under kvällen. Meteorologer räknar nästan alltid i Celsius i vardagstal, men i vetenskapliga modeller av atmosfären används kelvin för att formlerna ska stämma.

Tips

Testa skillnaden mellan temperatur och värme själv: häll en mugg varmt vatten i en stor skål med kallt vatten och mät temperaturen före och efter. Skålens temperatur stiger bara lite, eftersom värmen från muggvattnet delas på så många fler partiklar.
Skriv alltid ut T = t + 273,15 innan du sätter in siffror, i stället för att försöka komma ihåg additionen i huvudet. Då undviker du att av misstag dra bort 273,15 istället för att lägga till.
Lär dig tre fasta referenspunkter i kelvin: 273,15 K för vattnets fryspunkt, cirka 293 K för rumstemperatur och 373,15 K för vattnets kokpunkt. Med dem kan du snabbt kontrollera om en omvandling är rimlig.

Testa dig själv

1. Varför kan en stor balja ljummet vatten innehålla mer termisk energi än en liten kopp hett kaffe, trots att kaffet har högre temperatur?

Temperatur beskriver bara hur snabbt partiklarna rör sig i genomsnitt, inte hur många partiklar det finns. Baljan innehåller betydligt fler vattenpartiklar än koppen, och den sammanlagda rörelseenergin hos alla dessa partiklar kan därför bli större även om varje enskild partikel rör sig långsammare än i det hetare kaffet.

2. Omvandla 15 °C till kelvin, och förklara varför svaret alltid blir ett positivt tal när du utgår från en vanlig utetemperatur.

T = 15 + 273,15 = 288,15 K. Svaret blir positivt eftersom även mycket kalla utetemperaturer, som −30 °C, ligger långt över den absoluta nollpunkten på −273,15 °C. Kelvintemperaturen kommer nära noll först när man närmar sig den absoluta nollpunkten, och den kan aldrig bli negativ.

3. Vad händer med partiklarnas rörelse om ett ämne skulle nå 0 K?

Vid 0 K, den absoluta nollpunkten, skulle partiklarna ha så lite rörelse som det över huvud taget är möjligt. I den enkla partikelmodellen säger man att rörelsen upphör. Det är en gräns som fysiken räknar utifrån och som går att närma sig, men som aldrig går att nå exakt.

Ur kursplanen

Fysik åk 4–6 · Fysiken i naturen och samhället
Energiflöden mellan föremål som har olika temperatur. Hur man kan påverka energiflödena med hjälp av olika värmeledande och isolerande material.
Fysik åk 4–6 · Fysiken i naturen och samhället
Några instrument samt hur de används för att mäta fysikaliska storheter, till exempel temperatur och kraft.
Fysik åk 7–9 · Fysiken i naturen och samhället
Partikelmodell av materiens egenskaper samt fasövergångar, tryck, volym, densitet och temperatur.
Fysik nivå 1a1 · Energi, energiresurser och elektromagnetism
Termisk energi, värme, temperatur och fasomvandlingar.
Fysik nivå 1b · Energi, energiresurser och elektromagnetism
Termisk energi, värme, temperatur och fasomvandlingar.

Källa: Skolverket, centralt innehåll.

Leder vidare till

Träna vidare – gratis

Det här ämnet har inga egna träningsuppgifter än. De här närliggande ämnena har lösta exempel och uppgifter som anpassar sig efter dig: