Plik skale termometryczne to te, które są używane do pomiaru temperatury, wielkości skalarnej, która służy do ilościowego określenia energii cieplnej systemu. Urządzenie używane do pomiaru temperatury, to znaczy termometr, musi zawierać skalę umożliwiającą dokonanie odczytu.
Aby skonstruować odpowiednią skalę, należy wziąć dwa punkty odniesienia i podzielić odstęp między nimi. Te podziały nazywane są stopniami. W ten sposób temperatura mierzonego przedmiotu, którą może być temperatura kawy, kąpieli lub temperatura ciała, jest porównywana z wartością odniesienia zaznaczoną na przyrządzie..
Najpowszechniej stosowanymi skalami temperatur są skale Celsjusza, Fahrenheita, Kelvina i Rankine'a. Wszystkie są jednakowo odpowiednie do pomiaru temperatury, ponieważ punkty wybrane jako odniesienie są dowolne..
Zarówno w skali Celsjusza, jak i Fahrenheita zero skali nie oznacza braku temperatury. Z tego powodu są względne skale. Z drugiej strony, dla skali Kelvina i Rankine'a, 0 oznacza ustanie aktywności molekularnej, dlatego uważa się je za skale absolutne.
Skala ta została wynaleziona przez XVIII-wiecznego szwedzkiego astronoma Andersa C. Celsjusza (1701-1744), około 1735 roku. Bardzo intuicyjna skala wykorzystuje jako punkty odniesienia temperaturę zamarzania i wrzenia wody przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym (1 atm)..
Woda jest do tego substancją uniwersalną, bardzo dobrze się do tego nadaje, a jej walory są łatwe do uzyskania w laboratorium.
W skali Celsjusza temperatura zamarzania wody odpowiada 0 ° C, a temperatura wrzenia 100 ° C, chociaż pierwotnie Celsjusz zaproponował je odwrotnie, a później kolejność została odwrócona. Pomiędzy tymi dwiema wartościami odniesienia znajduje się 100 identycznych działek, dlatego czasami jest nazywana skalą stopniową..
Aby ustalić równoważność między stopniami Celsjusza i innymi skalami temperatury, należy wziąć pod uwagę dwa aspekty:
y = m.x + b
-Musisz znać punkty odniesienia obu skal.
Niech TºC temperaturę w skali Celsjusza i TºF temperatura w skali Fahrenheita, a zatem:
TºC = m. TºF + b
Wiadomo, że 0ºC = 32ºF i 100ºC = 212ºF. Zastępujemy te wartości w poprzednim równaniu i otrzymujemy:
0 = 32m + b
100 = 212m + b
Jest to układ dwóch równań liniowych z dwiema niewiadomymi, które można rozwiązać dowolną ze znanych metod. Na przykład poprzez redukcję:
100 = 212m + b
0 = -32m - b
________________
100 = 180m
m = 100/180 = 5/9
Porozumiewawczy m, otrzymujemy b przez podstawienie:
b = -32m = -32. (5/9) = -160/9
Teraz podstawiamy wartości m Y b w naszym równaniu równoważności, aby otrzymać:
TºC = (5/9). TºF - (160/9) = (5TºF -160) / 9
Odpowiednio: TºC = (5/9). (TºF - 32)
To równanie umożliwia bezpośrednie przekazywanie stopni Fahrenheita do stopni Celsjusza, po prostu wpisując wartość, w której pojawia się T.ºF.
Przeprowadzono wiele eksperymentów, aby spróbować zmierzyć absolutne zero temperatury, to znaczy wartość, dla której zanika cała aktywność molekularna w gazie. Temperatura ta jest bliska -273 ºC.
Być TK. temperatura w kelwinach - słowo „stopień” nie jest używane w tej skali - równoważność jest następująca:
TºC = TK. - 273
Oznacza to, że skale różnią się tym, że skala Kelvina nie ma wartości ujemnych. W relacji Celsjusz - Fahrenheit nachylenie linii jest równe 5/9 iw tym przypadku jest równe 1.
Kelwin i stopnie Celsjusza mają tę samą wielkość, tyle że skala Kelvina, jak widać z powyższego, nie obejmuje ujemnych wartości temperatury..
Daniel Fahrenheit (1686-1736) był urodzonym w Polsce fizykiem niemieckiego pochodzenia. Około 1715 roku Fahrenheit wykonał termometr ze skalą opartą na dwóch dowolnie wybranych punktach odniesienia. Od tego czasu jest szeroko stosowany w krajach anglojęzycznych.
Pierwotnie Fahrenheit wybrał temperaturę mieszaniny lodu i soli jako dolną wartość zadaną i ustawił ją na 0 °. Po drugie, wybrał temperaturę ciała ludzkiego i ustawił ją na 100 stopni..
Zgodnie z oczekiwaniami miał pewne problemy z określeniem „normalnej” temperatury ciała, ponieważ zmienia się ona w ciągu dnia lub z dnia na dzień, przy czym osoba ta nie zawsze była chora..
Okazuje się, że są całkowicie zdrowi ludzie z temperaturą ciała 99,1ºF, podczas gdy u innych normalne jest 98,6ºF. Ta ostatnia jest średnią wartością dla całej populacji.
Zatem punkty odniesienia na skali Fahrenheita musiały ulec zmianie dla punktu zamarzania wody, który został ustawiony na 32ºF, a punkt wrzenia na 212ºF. Ostatecznie skala została podzielona na 180 równych przedziałów.
Z powyższego równania wynika, że:
TºF = (9/5) T.ºC + 32
W ten sam sposób możemy to rozpatrzyć w ten sposób: skala Celsjusza ma 100 stopni, podczas gdy skala Fahrenheita ma 180 stopni. Następnie dla każdego wzrostu lub spadku o 1 ºC następuje wzrost lub spadek o 1,8 ºF = (9/5) ºF
Korzystając z poprzednich równań, znajdź wzór, który pozwoli ci przejść od stopni Fahrenheita do skali Kelvina:
Wiedząc, że: TºC = TK. - 273 i podstawiając w już wydedukowanym równaniu, otrzymujemy:
TºC = TK. - 273
W związku z tym: TºF = (9/5) (T.K. - 273) + 32 = (9/5) TK. - 459,4
William Thomson (1824-1907), Lord Kelvin, zaproponował skalę bez arbitralnych punktów odniesienia. Jest to absolutna skala temperatur, która nosi jego imię, zaproponowana w 1892 roku. Nie ma ujemnych wartości temperatur, ponieważ bezwzględne 0 jest najniższą możliwą temperaturą..
W temperaturze 0 K jakikolwiek ruch cząsteczek całkowicie ustał. To jest skala systemu międzynarodowego (SI), chociaż skala Celsjusza jest również uważana za jednostkę pomocniczą. Pamiętaj, że skala Kelvina nie używa „stopni”, więc każda temperatura jest wyrażana jako wartość liczbowa plus jednostka zwana „kelwinem”.
Jak dotąd nie było możliwe osiągnięcie zera absolutnego, ale naukowcy byli dość blisko.
Rzeczywiście, w laboratoriach specjalizujących się w niskich temperaturach udało im się schłodzić próbki sodu do 700 nanokelwinów lub 700 x 1010-9 Kelwin. Z drugiej strony wiadomo, że na drugim końcu skali eksplozja jądrowa może wytworzyć temperaturę 100 lub więcej milionów kelwinów..
Każdy kelwin odpowiada 1 / 273,16 części temperatury punktu potrójnego wody. W tej temperaturze trzy fazy wody są w równowadze.
Zależność między skalami Kelvina i Celsjusza wynosi od -około 273,16 do 273-:
TK. = TºC + 273
Podobnie, przez podstawienie, uzyskuje się związek między skalami Kelvina i Fahrenheita:
TK. = 5 (T.ºF + 459,4) / 9
Skala Rankine'a została zaproponowana przez Williama Rankine'a, inżyniera urodzonego w Szkocji (1820-1872). Jako pionier rewolucji przemysłowej, wniósł wielki wkład w termodynamikę. W 1859 roku zaproponował bezwzględną skalę temperatury, ustawiając zero na -459,67 ° F.
W tej skali wielkość stopni jest taka sama jak w skali Fahrenheita. Skala Rankine'a jest oznaczona jako R i podobnie jak w przypadku skali Kelvina, jej wartości nie są nazywane stopniami, ale rankine.
A zatem:
0 K = 0 R = -459,67 ° F = - 273,15 ° C
Podsumowując, oto niezbędne konwersje, aby przejść do skali Rankine'a z któregokolwiek z już opisanych:
Inną wcześniej stosowaną skalą temperatury jest skala Réaumura, która jest oznaczana jako stopnie lub ºR. Obecnie jest nieużywany, chociaż był szeroko stosowany w Europie, dopóki nie został wyparty o skalę Celsjusza.
Został stworzony przez René-Antoine Ferchault de Réaumur (1683-1757) około 1731 roku. Jego odniesienia to: 0 ° R dla temperatury zamarzania wody i 80 ° R dla temperatury wrzenia.
Jak widać, pokrywa się ze skalą Celsjusza przy zera, ale z pewnością nie przy pozostałych wartościach. Ze skalą w stopniach Celsjusza wiąże się:
TºR= (4/5) TºC
Istnieją również inne odpowiedniki:
TºR= (4/5) (TK. - 273) = (4/9)(TºF-32)= (4/5)(5.TR/ 9 - 273) = (4/9) T.R - 218,4
Znajdź wartość liczbową, przy której skala stopni Celsjusza odpowiada skali Fahrenheita.
Jak widzieliśmy w poprzednich rozdziałach, skale te nie pokrywają się, ponieważ punkty odniesienia są różne; jednak możliwe jest znalezienie wartości x, tak, że reprezentuje tę samą temperaturę na obu skalach. Dlatego przyjmuje się równanie:
TºC = (5/9). TºF - (160/9) = (5TºF -160) / 9
A skoro temperatury muszą się zgadzać, to więc TºC = TºF = x, wynika, że:
x = (5x - 160) / 9
9x = 5x -160
4x = -160
x = - 40
Gdy TºC = -40 ºC, również TºF = -40ºF
Para wydobywająca się z kotła ma temperaturę 610 ºR. Obliczanie temperatury w stopniach Fahrenheita i stopniach Celsjusza.
W związku z tym używane są równoważniki znalezione w sekcji skali Réaumura: TºC=(5/4) TºR = (5/4). 610 ° C = 762,5 ° C.
Możesz natychmiast przekonwertować tę znalezioną wartość na stopnie Fahrenheita lub użyć jednej z innych wymienionych konwersji:
TºF = (9/5) T.ºC + 32 = (9/5) 762,5 + 32 ºC = 1404,5 ºF
Lub ten inny, który daje ten sam wynik: TºR = (4/9)(TºF - 32)
To wyjaśnia: TºF = (9/4) T.ºR + 32 = (9/4) 610 + 32 ºF = 1404,5 ºF.
Podsumowując, poniższa tabela przedstawia przeliczenia dla wszystkich opisanych skal:
Jeszcze bez komentarzy