Skale termometryczne

Termometr skalny Celsjusza

Jakie są skale termometryczne?

Skale termometryczne Są to te stosowane w pomiarze temperatury, wielkość skalarną, która służy do kwantyfikacji energii cieplnej systemu. Urządzenie używane do pomiaru temperatury, to znaczy termometr, musi zawierać skalę, aby móc odczytać.

Aby zbudować odpowiednią skalę, musisz wziąć dwa punkty odniesienia i podzielić interwał między nimi. Podziały te nazywane są stopnie. W ten sposób porównuje się temperaturę obiektu, który należy zmierzyć, która może być temperaturą kawy, kąpieli lub temperatury ciała, z odniesieniem oznaczonym w instrumencie.

Najczęściej stosowanymi skalami temperaturowymi są Celsjusz, Fahrenheita, Kelvin i Rankine Scale. Wszystkie są równie odpowiednie do pomiaru temperatury, ponieważ punkty wybrane jako odniesienie są dowolne.

Zarówno w skali Celsjusza, jak i w skali Fahrenheita zero skali nie wskazuje na brak temperatury. Z tego powodu są Względne skale. Z drugiej strony, dla skali Kelvina i skali Rankine, 0 reprezentuje zaprzestanie aktywności molekularnej, stąd są uważane za Absolutne skale.

Skala Celsjusza

Kliniczny termometr cyfrowy ukończył stopnie Celsjusza. Źródło: Simon Schoar/CC BY-S (https: // creativeCommons.ORG/Licencje/BY-SA/2.5)

Ta skala została wymyślona przez szwedzkiego astronomu XVIII wieku Andersa C. Celsjusz (1701-1744), około 1735. Bardzo intuicyjna, ta skala wykorzystuje punkt zamrażania i temperaturę wrzenia wody przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym (1 atm) jako punkty odniesienia.

Woda jest do tego bardzo odpowiednią istotną substancją uniwersalną, a jej wartości są łatwe do uzyskania w laboratorium.

W skali Celsjusza punkt zamrażania wody jest odpowiednią odpowiadającą 0 ° C i temperaturą wrzenia w 100 ° C, chociaż pierwotnie Celsjusz zaproponował odwrotność, a później zainwestowano zamówienie. Pomiędzy tymi dwiema wartościami odniesienia istnieje 100 identycznych podziałów, więc czasami jest to znane jako skala Celsjusza.

Równoważniki

Aby ustalić równoważność między stopniami Celsjusza a innymi skalami temperatury, należy wziąć pod uwagę dwa aspekty:

• Związek między skalą Celsjusza a drugą skalą jest liniowa, dlatego jest formą:

y = m.x +b

-Musisz znać punkty odniesienia obu skal.

Przykład: równoważność między skalami Celsjusza i Fahrenheitu

Niech t_ºC Temperatura w skali Celsjusza i T_ºF Dlatego temperatura w skali Fahrenheita:

T_ºC = m. T_ºF + B

Wiadomo, że 0 ºC = 32 ºF i 100 ºC = 212 ºF. Zastępujemy te wartości w poprzednim równaniu i uzyskujemy:

Może ci służyć: pojemność cieplna

0 = 32 m + B

100 = 212 m + B

Jest to układ dwóch równań liniowych z dwoma niewiadomymi, które można rozwiązać dowolną z znanych metod. Na przykład przez redukcję:

100 = 212 m + B

0 = -32m - b

________________

100 = 180 m

M = 100 /180 = 5/9

Porozumiewawczy M, otrzymujemy B Przez zastępstwo:

B = -32M = -32. (5/9) = -160/9

Teraz zastępujemy wartości M I B W naszym równaniu do uzyskania:

T_ºC = (5/9). T_ºF - (160/9) = (5t_ºF -160)/9

Równoważnie: T_ºC = (5/9). (T_ºF - 32)

Równanie to pozwala bezpośrednio przekazać stopnie fahrenheita na stopnie Celsjusza, po prostu pisząc wartość, w której pojawia się t_ºF.

Przykład: równoważność między skalami Celsjusza i Kelvina

Przeprowadzono wiele eksperymentów w celu pomiaru zerowej temperatury bezwzględnej, to znaczy wartości, dla której cała aktywność molekularna znika w gazie. Ta temperatura wynosi około -273 ° C.

Być T_K Temperatura w Kelvina -słowo „klasa” dla tej skali nie jest używana, równoważność wynosi:

T_ºC = T_K - 273

Oznacza to, że skale różnią się w skali Kelvina nie ma wartości ujemnych. W związku Celsjusza - Fahrenheita nachylenie linii jest warte 5/9 i w tym przypadku jest warte 1.

Kelvins i Celsjusza stopni mają ten sam rozmiar, tylko niż skala Kelvina, jak widać z powyższego, nie rozważa ujemnych wartości temperatury.

Skala Fahrenheita

Termometr ściany o głównej skali w stopniach Fahrenheita i skali wtórnej w stopniach Celsjusza

Daniel Fahrenheit (1686-1736) był fizykiem niemieckiego pochodzenia urodzonego w Polsce. Około 1715 r. Fahrenheit wyprodukował termometr z arbitralnie wybraną skalą opartą na odniesieniu. Od tego czasu jest często używany w krajach schodzących w języku angielskim.

Pierwotnie Fahrenheit wybrał temperaturę mieszaniny lodu i soli dla dolnego punktu odniesienia i ustalił ją jako 0 °. Z drugiej strony wybrał temperaturę ludzkiego ciała i ustawił ją na 100 stopni.

Zgodnie z oczekiwaniami miał pewne problemy, aby ustalić, jaka jest „normalna” temperatura ciała, ponieważ zmienia się ona przez cały dzień lub od jednego dnia na drugie, bez konieczności choroby.

Okazuje się, że są całkowicie zdrowi ludzie o 99 temperaturze ciała.1 ºF, podczas gdy dla innych normalne jest posiadanie 98.6 ° F. Ta ostatnia to średnia wartość dla ogólnej populacji.

Tak więc punkty odniesienia skali Fahrenheita musiały zmienić się w punkcie zamrażania wody, która została ustalona w 32 ° F, a gotowanie w 212 ° F. Wreszcie skala została podzielona na 180 równych przedziałów.

Może ci służyć: Bethelgeuse

Przelicz stopnie Fahrenheita na stopnie Celsjusza

Z pokazanego powyżej równania wynika z tego, że:

T_ºF = (9/5) t_ºC + 32

W ten sam sposób możemy to rozważyć w ten sposób: skala Celsjusza ma 100 stopni, podczas gdy skala Fahrenheita ma 180 stopni. Następnie, dla każdego wzrostu lub spadku o 1 ° C, następuje wzrost lub spadek 1.8 ºF = (9/5) ºF

Przykład

Poprzez powyższe równania znajdź formułę, która umożliwia przekazanie stopni Fahrenheita w skali Kelvina:

Wiedząc o tym: t_ºC = T_K - 273 i zastępując już odliczone równanie, masz:

T_ºC = T_K - 273

Dlatego: T_ºF = (9/5) (t_K - 273) + 32 = (9/5) t_K - 459.4

Skala Kelvin

Porównanie skal Celsjusza i Kelvina w oświeconym termometrze. Źródło: Celsus_kelvin_estandar_1954.PNG: Homo Logosderivative Praca: Kismalac/CC BY-SA (https: // CreativeCommons.Org/licencje/by-sa/3.0)

William Thomson (1824–1907), Lord Kelvin, zaproponował skalę bez dowolnych punktów odniesienia. Jest to bezwzględna skala temperatury, która nosi jego imię, zaproponowana w 1892 roku. Nie ma ujemnych wartości temperatury, ponieważ bezwzględny 0 jest najniższą możliwą temperaturą.

W temperaturze 0 k każdy ruch cząsteczek całkowicie ustał. Jest to skala systemu międzynarodowego (SI), chociaż skala Celsjusza jest również uważana za jednostkę akcesoriów. Przypomnijmy, że skala Kelvina nie wykorzystuje „stopni”, więc dowolna temperatura jest wyrażana jako wartość numeryczna plus jednostka, zwana „Kelvin”.

Do tej pory absolutne zero nie zostało osiągnięte, ale naukowcy podeszli wystarczająco.

Rzeczywiście, w laboratoriach specjalizujących się w niskich temperaturach, udało im się schłodzić próbki sodu do 700 Nanokelvin lub 700 x 1010^-9 kelwin. Z drugiej strony, na drugim końcu skali, wiadomo, że eksplozja jądrowa może generować temperatury 100 lub więcej milionów Kelvin.

Każdy Kelvin odpowiada 1/273.16 części potrójnej temperatury wody. W tej temperaturze trzy fazy wody są w równowadze.

Skale Kelvina i Celsjusza i Fahrenheita

Związek między skalami Kelvina i Celsjusza wynosi -Dedondando 273.16 do 273-:

T_K = T_ºC + 273

Podobnie, przez zastępcę uzyskuje się związek między skalami Kelvina i Fahrenheita:

T_K = 5 (t_ºF + 459.4)/9

Skala Rankine

Skala Rankine zaproponowała William Rankine, inżynier urodzony w Szkocji (1820–1872). Pionier rewolucji przemysłowej wniósł wielki wkład w termodynamikę. W 1859 r.

W tej skali rozmiar stopni jest taki sam jak w skali Fahrenheita. Skala Rankine jest oznaczona jako R i jak w skali Kelvina, jej wartości nie są nazywane stopniami, ale Rankine.

Może ci służyć: wzajemna indukcyjność: wzór/współczynnik, zastosowania, ćwiczenia

Zatem:

0 k = 0 r = −459,67 ° F = - 273.15 ° C

Krótko mówiąc, oto niezbędne konwersje, aby przejść do skali Rankine'a z dowolnego z już opisanych:

Konwersje w skali temperatury Rankine. Źródło: f. Zapata.

Skala Réaumur

Kolejną wcześniej zastosowaną skalą temperatury jest skala Réaumur, która jest oznaczona jako stopnie lub ºR. Obecnie jest nieużywany, chociaż był często używany w Europie, dopóki nie został przesunięty przez skalę Celsjusza.

Został stworzony przez René-antoine Ferchault de Réaumur (1683-1757) około 1731. Jego odniesienia są: 0 ° R dla temperatury zamrażania wody i 80 ° R dla temperatury wrzenia.

Jak widać, pokrywa się to ze skalą Celsjusza w zero, ale oczywiście nie w innych wartościach. Jest to związane ze skalą Celsjusza przez:

T_ºR= (4/5) T_ºC

Istnieją również inne odpowiedniki:

T_ºR= (4/5) (T_K - 273) = (4/9)(T_ºF-32)= (4/5)(5.T_R/9 -273) = (4/9) t_R - 218.4

Rozwiązane ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Znajdź wartość numeryczną, w której skala Celsjusza pokrywa się ze skalą Fahrenheita.

Rozwiązanie

Jak widzieliśmy w poprzednich sekcjach, skale te nie pokrywają się, ponieważ punkty odniesienia są różne; Jednak można znaleźć wartość X, tak, że reprezentuje tę samą temperaturę w obu skalach. Dlatego równanie jest przyjmowane:

T_ºC = (5/9). T_ºF - (160/9) = (5t_ºF -160)/9

A ponieważ temperatury muszą się zbiegać, zatem T_ºC  = T_ºF = x, Wynika, że:

x = (5x - 160)/9

9x = 5x -160

4x = -160

x = - 40

Gdy T_ºC  = -40 ºC, Również T_ºF = -40 ºF

Ćwiczenie 2

Para wychodząca z kotła ma temperaturę 610 °. Znajdź temperaturę w stopniach Fahrenheita i w stopniach Celsjusza.

Rozwiązanie

Dlatego stosowane są równoważniki znalezione w części skali Réaumur:: T_ºC=(5/4) T_ºR = (5/4). 610 ° C = 762.5 ° C.

Możesz zmienić tę wartość, aby poruszać się w stopniu Fahrenheita lub użyć innej z wyżej wymienionych konwersji:

T_ºF = (9/5) t_ºC + 32 = (9/5) 762.5+ 32 ºC = 1404.5 ° F

Lub ten drugi, który daje ten sam wynik: T_ºR = (4/9)(T_ºF - 32)

To oczyści: T_ºF = (9/4) t_ºR + 32 = (9/4) 610 + 32 ºF = 1404.5 ° F.

Podsumowanie konwersji

Podsumowując, poniższa tabela ułatwia konwersje dla wszystkich opisanych skal:

Pudełko konwersji dla skal temperatury. Źródło: f. Zapata.

Bibliografia

1. Skale temperatury. Odzyskane z: Thales.Cica.Jest.
2. Knight, r.  2017. Fizyka dla naukowców i inżynierii: podejście strategiczne. osoba.
3. Tillery, ur. 2012. Nauka fizyczna. McGraw Hill.
4. Wikipedia. Klasa Celsjusza. Odzyskane z: jest.Wikipedia.org
5. Wikipedia. Fahrenheit Grade. Odzyskane z: jest.Wikipedia.org.
6. Wikipedia. Rankine. Odzyskane z: jest.Wikipedia.org.