A hőmérséklet és a hőtágulás
A hőtan a testeknek azoknak a tulajdonságaival foglalkozik, mait a köznapi szóhasználatban forró, meleg, langyos és ehhez hasonló kifejezésekkel jelölünk. Az anyagok hőmérsékletéről idegvégződéseinken át kapunk információt. Ez a hőérzet, ami nem pontos.
A hőmérséklet jele t. A hőmérséklet mérésére általában a folyadékok hőtágulását használják fel. A XVIII. század elején Andreas Celsius svéd fizikus egy üvegtartályba higanyt tett, és a csövet jégbe mártotta. Megjelölte a higanyszintet, és megadta a Celsius-féle hőmérsékleti alappontját, a 0 Celsius fokot. A másik alappontot a forrásban lévő vízbe mártott hőmérő mutatja meg, 100 Celsius fok. A két alapponthoz tartozó higanyszintek közötti távolságot 100 egyenlő részre osztva kapjuk az 1 Celsius fokot. Ennek a hőmérőnek előnye, hogy könnyen elérhető alappontokat használ, de hátránya, hogy magas fokon a higany felforr, alacsony hőmérsékleten pedig megfagy.
1714-ben Gabriel Fahrenheit is készített hőmérőt. Nála a jég 32 fokon olvad, a víz 212 fokon forr.
Lord Kelvin is készített hőmérsékleti skálát. A jég olvadáspontja ezen a skálán körülbelül 273 fok, a víz forráspontja kb. 373 fok.
A köznapi életben a legelterjedtebb a Celsius-skála, de az angolszász területeken még ma is használják a Fahrenheit-skálát.
Melegítés hatására az anyagok hőtáguláson mennek keresztül. A megnyúlás egyenesen arányos a hőmérsékletváltozással, és persze az eredeti hosszal is. A megnyúlás egyenlő a hőmérsékletváltozás, az eredeti hossz és szorzatával. Az a lineáris hőtágulási tényező, ami egy anyagtól függő szám, és azt mutatja meg, hogy 1 méter hosszú anyag 1 Celsius fok hőmérsékletváltozás hatására mennyivel nyúlik meg. Mértékegysége 1/Celsius fok. Lineáris hőtágulásról akkor beszélünk, ha egy rúd vagy például egy sín, tehát valami rúdhoz hasonló alakú tárgy hőtágulásáról beszélünk.
Viszont ha egy téglatest hőtágulásáról beszélünk, a testnek nemcsak hossza, de magassága és szélessége is növekszik, vagyis nő a térfogata. Ez teljesen hasonló a lineáris hőtáguláshoz. A térfogati hőtágulási tényező, mértékegysége 1/Celsius fok. A lineáris és a térfogati hőtágulási tényező szoros kapcsolatban áll egymással. A folyadékok térfogatváltozása is egyenesen arányos a kezdeti térfogattal és hőmérsékletváltozással. Ebben a halmazállapotban egy adott tényező csak bizonyos hőmérsékleti határok között használható. Megerősíti ezt a víz sajátságos viselkedése, ami abban áll, hogy 0 és 4 fok között melegítéskor összehúzódik, ezután viszont melegítéskor kitágul. Mivel a folyadékok esetében nagyobb a hőtágulás, sokszor számításba kell vennünk a sűrűséget is. Ha melegítés hatására az adott tömegű folyadék térfogata megnő, akkor sűrűsége csökkeni fog. A gázok hőtágulás szempontjából szinte teljesen egyformán viselkednek. A térfogati hőtágulási tényező minden gázra megközelítőleg ugyanaz: 1/273 1/Celsius fok.
A Kelvin-skálát másképp abszolút hőmérsékleti skálának is nevezik. Ez azért van, mert Kelvinnél a 0 fok, -273 Celsius foknak felel meg, ennél kisebb hőmérséklet pedig nem létezik.
