Termometriset asteikot

Celsius -Scale -lämpömittari

Mitkä ovat termometriset asteikot?

Se Termometriset asteikot Ne ovat niitä, joita käytetään lämpötilan mittauksessa, skalaarinen suuruus, joka auttaa järjestelmän lämpöenergian kvantifiointia. Lämpötilan mittaamiseen käytetyn laitteen on sisällytettävä asteikko, jotta voidaan lukea.

Sopivan asteikon rakentamiseksi sinun on otettava kaksi vertailupistettä ja jaettava niiden välinen aika. Näitä osastoja kutsutaan asteiksi. Tällä tavoin verrataan mitattavan esineen lämpötilaa, joka voi olla kahvin, kylpy- tai kehon lämpötilan lämpötila, ja instrumentti on merkitty.

Käytetyimmät lämpötila -asteikot ovat Celsius-, Fahrenheit-, Kelvin- ja Rankine -asteikot. Kaikki ovat yhtä tarkoituksenmukaisia ​​lämpötilan mittaamiseen, koska referenssinä valitut pisteet ovat mielivaltaisia.

Sekä Celsius -asteikolla että asteikon Fahrenheit -asteikon nolla ei osoita lämpötilan puuttumista. Tästä syystä he ovat suhteelliset asteikot. Toisaalta Kelvin -asteikolla ja Rankine -asteikolla 0 edustaa molekyyliaktiivisuuden lopettamista, joten niitä harkitaan Absoluuttiset asteikot.

Celsius -asteikko

Kliininen digitaalinen lämpömittari valmistui celsiusasteiksi. Lähde: Simon Schoar/CC BY-S (https: // creativecommons.Org/lisenssit/by-SA/2.5)

Tämän mittakaavan keksi 1800 -luvun Anders C: n ruotsalainen tähtitieteilijä. Celsius (1701-1744), noin 1735. Erittäin intuitiivinen, tämä asteikko käyttää jäätymispistettä ja veden kiehumispistettä normaalissa ilmakehän paineessa (1 atm) vertailupisteinä.

Vesi on tälle erittäin sopiva yleinen aine, ja sen arvot on helppo saada laboratoriosta.

Celsius -asteikolla veden jäätymispiste on se, joka vastaa 0 ° C ja kiehumispiste 100 ° C: ssa, vaikka alun perin Celsius oli ehdottanut käänteiselle ja myöhemmin järjestys sijoitettiin. Näiden kahden referenssiarvon välillä on 100 identtistä jakoa, joten se tunnetaan joskus nimellä Celsius -asteikko.

Ekvivalenssit

Celsiusasteiden ja muiden lämpötila -asteikkojen välisen vastaavuuden määrittämiseksi on otettava huomioon kaksi näkökohtaa:

• Celsius -asteikon ja toisen asteikon välinen suhde on lineaarinen, joten muoto on:

y = m.x +b

-Sinun on tiedettävä molempien asteikkojen vertailupisteet.

Esimerkki: ekvivalenssi Celsius- ja Fahrenheit -asteikkojen välillä

Anna t_ºC Lämpötila Celsius -asteikolla ja T_ºF Siksi Fahrenheit -asteikon lämpötila, siksi:

T_ºC = m. T_ºF + b -

Tiedetään, että 0 ºC = 32 ºF ja 100 ºC = 212 ºF. Korvaamme nämä arvot edellisessä yhtälössä ja saamme:

Voi palvella sinua: Lämpökapasiteetti

0 = 32m + B

100 = 212m + B

Tämä on kahden lineaarisen yhtälön järjestelmä, jossa on kaksi tuntematonta, joka voidaan ratkaista millä tahansa tunnetulla menetelmällä. Esimerkiksi vähentämällä:

100 = 212m + B

0 = -32M - B

________________

100 = 180m

M = 100/180 = 5/9

Tietävä m, saamme b - Korvaamalla:

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

Nyt korvaamme arvot m ja b - Yhtälöyhtälössämme saadaan:

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

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

Tämä yhtälö mahdollistaa Fahrenheit -asteiden siirtämisen suoraan celsiusasteisiin, vain kirjoittamalla arvo, missä t ilmestyy_ºF.

Esimerkki: ekvivalenssi Celsius- ja Kelvin -asteikkojen välillä

Monia kokeita on tehty yrittämään mitata absoluuttisen lämpötilan nolla, ts. Arvo, jolle kaikki molekyyliaktiivisuus katoaa kaasussa. Tämä lämpötila on noin -273 ºC.

Olla T_{K -k -} Kelvinin lämpötilaa -tämän asteikon sanaa "luokka" ei käytetä, vastaavuus on:

T_ºC = T_{K -k -} - 273

Toisin sanoen asteikot eroavat Kelvin -asteikolla, ei ole negatiivisia arvoja. Celsius - Fahrenheit -suhteessa linjan kaltevuus on 5/9, ja tässä tapauksessa se on 1 arvoinen.

Kelvinit ja Celsius -asteet ovat samankokoisia, vain että Kelvin -asteikko, kuten yllä olevasta voidaan nähdä, ei harkitse negatiivisia lämpötilan arvoja.

Fahrenheit -asteikko

Seinälämpömittari, jolla on pääasteikko Fahrenheit ja toissijainen asteikko celsiusasteissa

Daniel Fahrenheit (1686-1736) oli saksalaisen alkuperän fyysikko, joka syntyi Puolassa. Noin 1715 Fahrenheit valmisti lämpömittarin mielivaltaisesti valitulla -valittuun viitepohjaiseen asteikkoon. Siitä lähtien sitä käytetään paljon englanninkielisissä maissa.

Alun perin Fahrenheit valitsi jään ja suolan seoksen lämpötilan alhaisempaan vertailupisteeseen ja vahvisti sen 0 °: ksi. Toisessa pisteessä hän valitsi ihmiskehon lämpötilan ja asetti sen 100 asteeseen.

Odotetulla tavalla hänellä oli joitain ongelmia määrittääkseen, mikä on ”normaali” kehon lämpötila, koska se muuttuu koko päivän tai päivästä toiseen ilman, että henkilö on välttämättä sairas.

Osoittautuu, että on täysin terveitä ihmisiä, joilla on 99 kehon lämpötilaa.1 ºF, kun taas muille on normaalia olla 98.6 ºF. Jälkimmäinen on väestön keskiarvo.

Joten Fahrenheit -asteikon vertailupisteiden oli muutettava veden jäätymispisteeseen, joka perustettiin 32 ºF: ssa ja kiehumisen 212 ºF: ssa. Lopuksi asteikko jaettiin 180 yhtä suureen väliajoin.

Voi palvella sinua: Bethelgeuse

Muunna asteet fahrenheit celsiusasteiksi

Yllä esitetystä yhtälöstä seuraa, että:

T_ºF = (9/5) t_ºC + 32

Samalla tavalla voimme pitää sitä näin: Celsius -asteikolla on 100 astetta, kun taas Fahrenheit -asteikolla on 180 astetta. Sitten jokaiselle lisäykselle tai vähenemiselle 1 ºC: ssa nousee tai laskee 1.8 ºF = (9/5) ºF

Esimerkki

Edellä olevien yhtälöiden kautta löydä kaava, joka sallii Fahrenheit -asteen kulkemisen Kelvin -asteikolla:

Tietäen, että: t_ºC = T_{K -k -} - 273 ja jo vähennetyn yhtälön korvaaminen, sinulla on:

T_ºC = T_{K -k -} - 273

Siksi: T_ºF = (9/5) (t_{K -k -} - 273) + 32 = (9/5) t_{K -k -} - 459.4

Kelvin -asteikko

Celsius- ja Kelvin -asteikkojen vertailu valaistuneessa lämpömittarissa. Lähde: Celsius_kelvin_estandar_1954.PNG: HOMO-logosivatiivinen työ: Kismalac/CC BY-SA (https: // creativecommons.Org/lisenssit/by-SA/3.0)

William Thomson (1824-1907), lordi Kelvin, ehdotti asteikkoa ilman mielivaltaisia ​​vertailupisteitä. Tämä on absoluuttinen lämpötila -asteikko, joka kantaa hänen nimensä, ehdotettu vuonna 1892. Sillä ei ole negatiivisia lämpötilan arvoja, koska absoluuttinen 0 on alhaisin mahdollinen lämpötila.

0 K: n lämpötilassa minkä tahansa molekyylien liikkeet ovat loppuneet kokonaan. Tämä on kansainvälinen järjestelmä (SI), vaikka Celsius -asteikkoa pidetään myös lisäyksikkönä. Muista, että Kelvin -asteikko ei käytä "astetta", joten mikä tahansa lämpötila ilmaistaan ​​numeerisena arvona plus yksikkö, nimeltään "Kelvin".

Tähän mennessä absoluuttista nollaa ei ole saavutettu, mutta tutkijat ovat lähestyneet tarpeeksi.

Itse asiassa alhaisissa lämpötiloissa erikoistuneissa laboratorioissa he ovat onnistuneet jäähtymään natriuminäytteitä 700 nanokelviniin tai 700 x 1010^-9 Kelvin. Toisaalta asteikon toista päätä kohti tiedetään, että ydinräjähdys voi tuottaa lämpötiloja vähintään 100 miljoonaa Kelviniä.

Jokainen Kelvin vastaa 1/273.16 osaa kolminkertaisesta veden lämpötilasta. Tässä lämpötilassa veden kolme vaihetta ovat tasapainossa.

Kelvin Scale sekä Celsius ja Fahrenheit -asteikot

Kelvinin ja Celsius -asteikkojen välinen suhde on -Ledendeando 273.16-273-:

T_{K -k -} = T_ºC + 273

Samoin saadaan korvaamalla suhde Kelvin- ja Fahrenheit -asteikkojen välillä:

T_{K -k -} = 5 (t_ºF + 459.4)/9

Rankine -asteikko

Rankine-asteikkoa ehdotti Skotlannissa syntynyt insinööri William Rankine (1820-1872). Teollisen vallankumouksen edelläkävijä, antoi suuren panoksen termodynamiikkaan. Vuonna 1859 hän ehdotti absoluuttista lämpötila -asteikkoa, asettamalla nolla –459,67 ° F.

Tällä asteikolla asteiden koko on sama kuin Fahrenheit -asteikolla. Rankine -asteikko on merkitty R: ksi ja kuten Kelvin -asteikolla, sen arvoja ei kutsuta asteiksi, vaan Rankine.

Voi palvella sinua: keskinäinen induktanssi: kaava/kerroin, sovellukset, harjoitukset

Täten:

0 K = 0 R = −459,67 ° F = - 273.15 ºC

Lyhyesti sanottuna, tässä on tarvittavat muunnokset, jotka siirtyvät Rankine -asteikkoon jo kuvattuista:

Rankine -lämpötilan asteikon muunnokset. Lähde: f. Zapata.

Réaumur -asteikko

Toinen aikaisemmin käytetty lämpötila -asteikko on Réaumur -asteikko, joka on merkitty asteina tai ºR. Se on tällä hetkellä käytössä, vaikka sitä käytettiin paljon Euroopassa, kunnes Celsius -asteikko syrjäytti sen.

Sen on luonut René-Antoine Ferchault de Réaumur (1683-1757) noin 1731. Sen viitteet ovat: 0 ° R veden jäätymispisteelle ja 80 ° R kiehumispisteelle.

Kuten voidaan nähdä, se osuu samanaikaisesti Celsius -asteikon kanssa nollaan, mutta ei tietenkään muissa arvoissa. Se liittyy Celsius -asteikkoon:

T_ºR= (4/5) T_ºC

On myös muita vastaavuuksia:

T_ºR= (4/5) (T_{K -k -} - 273) = (4/9)(T_ºF-32)= (4/5)(5.T_{R -}/9 -273) = (4/9) t_{R -} - 218.4

Ratkaisut

Harjoitus 1

Löydä numeerinen arvo, jossa Celsius -asteikko osuu samaan aikaan Fahrenheit -asteikon kanssa.

Ratkaisu

Kuten olemme nähneet edellisissä osissa, nämä asteikot eivät ole samaan aikaan, koska vertailupisteet ovat erilaisia; Arvo on kuitenkin mahdollista löytää x, sellainen, että se edustaa samaa lämpötilaa molemmissa asteikoissa. Siksi yhtälö otetaan:

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

Ja koska lämpötilojen on oltava samanaikaisesti, sitten T_ºC  = T_ºF = x, Seuraa, että:

x = (5x - 160)/9

9x = 5x -160

4x = -160

x = - 40

Kun T_ºC  = -40 ºC, myös T_ºF = -40 ºF

Harjoitus 2

Kattilasta tuleva höyry on lämpötilassa 610 ºR. Löydä lämpötila Fahrenheit -asteina ja celsiusasteissa.

Ratkaisu

Réaumur -asteikon osassa löydettyjä vastaavuuksia käytetään, siksi: T_ºC=(5/4) T_ºR = (5/4). 610 º C = 762.5 ºC.

Voit kääntää tämän arvon, joka on löydetty siirtymään Fahrenheit -asteisiin tai käyttää toista edellä mainituista muunnoksista:

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

Tai tämä toinen, joka antaa saman tuloksen: T_ºR = (4/9)(T_ºF - 32)

Se puhdistaa: T_ºF = (9/4) t_ºR + 32 = (9/4) 610 + 32 ºF = 1404.5 ºF.

Yhteenveto muunnoksista

Yhteenvetona voidaan todeta

Conversions Box lämpötila -asteikkoon. Lähde: f. Zapata.

Viitteet

1. Lämpötila -asteikot. Toipunut: Thales.CICA.On.
2. Ritari, r.  2017. Tutkijoiden fysiikka ja tekniikka: strategialähestymistapa. Pearson.
3. Tillery, b. 2012. Fyysinen tiede. McGraw Hill.
4. Wikipedia. Celsius -luokka. Palautettu: on.Wikipedia.org
5. Wikipedia. Fahrenheit -luokka. Palautettu: on.Wikipedia.org.
6. Wikipedia. Rankine. Palautettu: on.Wikipedia.org.