Temperatur

I fysikken arbeider vi til vanleg med den såkalla termodynamiske temperaturen, T, på den absolutte temperaturskalaen. Denne har berre positive verdiar målt i høve til nullpunktet. Dette er fordi temperatur også kan oppfatte som eit mål for termisk energiinnhald i eit system. I den samanhengen blir det dermed berre meinigsfylt å operere med positiv temperatur. Denne temperaturen, T, måler vi i einiga kelvin, med symbolet K. Den kan definerast som 1/273.16 -del av den termodynamiske temperaturen for trippelpunktet for vatn (den temperaturen der H2O som is, væske og gass er i likevekt).

Til vanleg definerer vi likevel temperatur, t, i grader celcius, C ved relasjonen

t (målt i grader celcius)=T (målt i grader kelvin)-273.15

der 273.15 er det såkalla ispunktet. Eininga " 1 grad celcius" er lik einiga "1 grad kelvin" i storleik, men differansen mellom dei er altså lik 273.15, målt i begge einingar.

I land som USA er ennå Fahrenheit-skalaen i vanleg bruk i dagleglivet. Fahrenheit-skalaen heng enkelt saman med celcius-skalaen ved at den definerer 0 fahrenheit ved 32 celcius, og ved at stigningsforholdet samanlikna med celcius er 9/5. Altså:

t (fahrenheit)=32+(9/5)t(celcius)

Temperatur T kan definerast ekvivalent og med same presisjon både frå termodynamikk og frå statistisk fysikk.

Temperaturomgrepet har ei lang historie, tilbake til Galen som levde i tidsrommet 130-200. Men ved inngangen til det 17. århundre var framleis lite forstått omkring varme og temperatur. Ved kombinert praktisk arbeid av vitskapsmenn som Fahrenheit, Amontons, Celcius, Reamur og Rømer, og teoretisk arbeid av mellom andre Clausius, Kelvin, Carnot innan termodynamikk og Bolzmann, Maxwell og Gibbs innan statistisk fysikk vart grunnlaget lagt for ei strengt vitskapleg tilnærming til og forståing av temperaturomgrepet, eit arbeid som gjekk heilt inn i vårt århundre.

Å definere og oppretthalde ein mest mogeleg korrekt temperaturskala er ein omstendeleg prosess. I våre dagar opererer vi med 1990-konvensjonen, som er referert til ovanfor.

Det å måle temperatur er heller ingen triviell aktivietet, særleg om ein går til svært låge eller svært høge temperaturar. I det temperaturområdet vi arbeider med i superleiar, er elektrisk motstand i vanlege metall og i halvleiar ein god målestokk for temperatur. Frå romtemperatur og ned til ca 70 kelvin kan vi rett og slett måle motstand i til dømes kopartråd, og kalibrere denne ved visse faste temperaturar som kokepunktet for flytande nitrogen og frysepunktet for vatn. Ennå betre er metallet platina som har tilnærma lineær resistanskarakteristikk i dette temperaturintervallet. Ved lågare temperaturar brukar vi gjerne halvleiar som karbon eller GaAs. Halvleiarmotstanden er svært følsom for temperatur ned mot kokepunktet for flytande helium, 4.2 kelvin, og under dette. I desse temperaturintervalla, er det dermed relativt enkelt å måle temperatur med ei oppløysing på til dømes 1/1000 grad. Men å måle absolutt temperatur med slik presisjon er langt meir krevjande. Ved lågare temperaturar, og ved høge temperaturar må meir spesialiserte metodar brukast.

Ein god referanse til fysikken og historia bak temperaturomgrepet er til dømes:
T.J Quinn: Temperature, 2. utgåve, Academic Press Ltd 1990.