Termometriske skalaer

Celsius -cale termometer

Hva er termometriske skalaer?

De Termometriske skalaer De er de som brukes i temperaturmåling, en skalær størrelse som tjener til å kvantifisere den termiske energien til et system. Enheten som brukes til å måle temperatur, det vil si et termometer, må innlemme en skala for å kunne lese.

For å bygge en passende skala, må du ta to referansepunkter og dele intervallet mellom dem. Disse divisjonene kalles grader. På denne måten sammenlignes temperaturen på objektet som skal måles, som kan være temperaturen på kaffe, bad eller kroppstemperatur, med referansen merket i instrumentet.

De mest brukte temperaturskalaene er Celsius, Fahrenheit, Kelvin og Rankine Scales. Alle er like passende for å måle temperaturen, siden punktene som er valgt som referanse er vilkårlige.

Både på Celsius -skalaen og på Fahrenheit -skalaen null i skalaen indikerer ikke fraværet av temperatur. Av denne grunn er de det Relative skalaer. På den annen side, for Kelvin -skalaen og Rankine -skalaen, representerer 0 opphør av molekylaktiviteten, og derfor blir de vurdert Absolutte skalaer.

Celsius skala

Klinisk digital termometer ble uteksaminert i grader Celsius. Kilde: Simon Schoar/CC BY-S (https: // CreativeCommons.Org/lisenser/by-SA/2.5)

Denne skalaen ble oppfunnet av den svenske astronomen fra 1700 -tallet Anders C. Celsius (1701-1744), ca 1735. Veldig intuitiv, denne skalaen bruker frysepunktet og kokepunktet for vannet ved normalt atmosfæretrykk (1 atm) som referansepunkter.

Vann er et veldig passende universelt stoff for dette, og verdiene er enkle å oppnå i laboratoriet.

På Celsius -skalaen er vannfrysningspunktet det som tilsvarer 0 ° C og kokepunktet ved 100 ° C, selv om opprinnelig Celsius hadde foreslått for det motsatte og senere ble bestillingen investert. Mellom disse to referanseverdiene er det 100 identiske divisjoner, så det er noen ganger kjent som Celsius Scale.

Ekvivalenser

For å etablere en ekvivalens mellom grader Celsius og andre temperaturskalaer, må to aspekter tas i betraktning:

• Forholdet mellom Celsius -skalaen og den andre skalaen er lineært, er derfor formen:

y = m.x +b

-Du må kjenne referansepunktene til begge skalaene.

Eksempel: ekvivalens mellom Celsius og Fahrenheit skalaer

La t_ºC Temperaturen i Celsius skala og T_ºF Temperaturen på Fahrenheit -skalaen, derfor:

T_ºC = m. T_ºF + b

Det er kjent at 0 ºC = 32 ºF og 100 ºC = 212 ºF. Vi erstatter disse verdiene i forrige ligning og oppnår:

Kan tjene deg: Varmekapasitet

0 = 32m + b

100 = 212m + b

Dette er et system med to lineære ligninger med to ukjente, som kan løses ved noen av de kjente metodene. For eksempel ved reduksjon:

100 = 212m + b

0 = -32m - b

________________

100 = 180m

M = 100/180 = 5/9

Å vite m, vi oppnår b Av erstatning:

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

Nå erstatter vi verdiene til m og b I vår ligningsligning for å oppnå:

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

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

Denne ligningen gjør det mulig å overføre Fahrenheit grader til grader Celsius direkte, bare ved å skrive verdien der T vises_ºF.

Eksempel: Ekvivalens mellom Celsius og Kelvin Scales

Mange eksperimenter er blitt utført for å prøve å måle den absolutte temperaturen null, det vil si verdien som all molekylær aktivitet forsvinner i en gass. Denne temperaturen er omtrent -273 ºC.

Være T_K Temperaturen i Kelvin -ordet "karakter" for denne skalaen brukes ikke, ekvivalensen er:

T_ºC = T_K - 273

Det vil si at skalaene er forskjellige i Kelvin -skalaen har ingen negative verdier. I Celsius - Fahrenheit -forholdet er linjens helning verdt 5/9, og i dette tilfellet er det verdt 1.

Kelvins og Celsius grader er i samme størrelse, bare at Kelvin -skalaen, som det fremgår av det ovennevnte, ikke vurderer negative temperaturverdier.

Fahrenheit skala

Veggtermometer med hovedskala i grader Fahrenheit og sekundær skala i grader Celsius

Daniel Fahrenheit (1686-1736) var fysiker av tysk opprinnelse født i Polen. Cirka 1715 produserte Fahrenheit et termometer med en vilkårlig valgt -valgt referansebasert skala. Siden den gang brukes det mye i engelsktalende land.

Opprinnelig valgte Fahrenheit temperaturen på en blanding av is og salt for det nedre referansepunktet og etablerte den som 0 °. For det andre punktet valgte han temperaturen på menneskekroppen og satte den på 100 grader.

Som forventet hadde han noen problemer med å bestemme hva den "normale" kroppstemperaturen er, fordi den endres gjennom dagen, eller fra en dag til en annen uten at personen nødvendigvis er syk.

Det viser seg at det er helt sunne mennesker med 99 kroppstemperatur.1 ºF, mens det for andre er normalt å ha 98.6 ºF. Sistnevnte er gjennomsnittsverdien for den generelle befolkningen.

Så referansepunktene i Fahrenheit -skalaen måtte endres for frysepunktet til vannet, som ble etablert i 32 ºF og kokingen i 212 ºF. Til slutt ble skalaen delt inn i 180 like intervaller.

Kan tjene deg: Bethelgeuse

Konverter grader Fahrenheit til grader Celsius

Fra ligningen vist over følger det at:

T_ºF = (9/5) t_ºC + 32

På samme måte kan vi vurdere det slik: Celsius -skalaen har 100 grader, mens Fahrenheit -skalaen har 180 grader. Deretter, for hver økning eller reduksjon på 1 ºC, er det en økning eller en reduksjon på 1.8 ºF = (9/5) ºF

Eksempel

Gjennom de ovennevnte ligningene, finn en formel som gjør at Fahrenheit grader blir passert i Kelvin -skalaen:

Å vite at: t_ºC = T_K - 273 og erstatte ligningen som allerede er trukket, har du:

T_ºC = T_K - 273

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

Kelvin skala

Sammenligning av Celsius- og Kelvin -skalaene i et opplyst termometer. Kilde: Celsius_kelvin_estandar_1954.PNG: HOMO Logosderivative Work: Kismalac/CC By-SA (https: // CreativeCommons.Org/lisenser/by-SA/3.0)

William Thomson (1824-1907), Lord Kelvin, foreslo en skala uten vilkårlige referansepunkter. Dette er den absolutte temperaturskalaen som bærer navnet hans, foreslått i 1892. Den har ingen negative temperaturverdier, siden den absolutte 0 er lavest mulig temperatur.

Ved temperaturen på 0 k har enhver bevegelse av molekylene fullstendig opphørt. Dette er den internasjonale systemet (SI), selv om Celsius -skalaen også blir betraktet som en tilbehørsenhet. Husk at Kelvin -skalaen ikke bruker "grader", så enhver temperatur uttrykkes som den numeriske verdien pluss enheten, kalt "Kelvin".

Til nå er det ikke oppnådd absolutt null, men forskere har nærmet seg nok.

I laboratoriene som er spesialisert på lave temperaturer, har de faktisk klart å avkjøle natriumprøver til 700 nanokelvin eller 700 x 1010^-9 Kelvin. På den annen side, mot den andre enden av skalaen, er det kjent at en atomeksplosjon kan generere temperaturer på 100 eller flere millioner Kelvin.

Hver Kelvin tilsvarer 1/273.16 deler av trippel vanntemperaturen. Ved denne temperaturen er de tre vannfasene i balanse.

Kelvin Scale og Celsius og Fahrenheit skalaer

Forholdet mellom skalaene Kelvin og Celsius er -Dedondeando 273.16 til 273-:

T_K = T_ºC + 273

Tilsvarende oppnås ved erstatning et forhold mellom Kelvin og Fahrenheit -skalaene:

T_K = 5 (t_ºF + 459.4)/9

Rankine Scale

Rankine-skalaen ble foreslått av William Rankine, en ingeniør født i Skottland (1820-1872). Pioneer of the Industrial Revolution, ga store bidrag til termodynamikk. I 1859 foreslo han en absolutt temperaturskala, og satte null til −459,67 ° F.

På denne skalaen er størrelsen på gradene den samme som på Fahrenheit -skalaen. Rankine -skalaen er betegnet som R og som med Kelvin -skalaen, kalles ikke verdiene grader, men Rankine.

Kan tjene deg: gjensidig induktans: formel/koeffisient, applikasjoner, øvelser

Dermed:

0 k = 0 r = −459,67 ° F = - 273.15 ºC

Kort sagt, her er de nødvendige konverteringene for å gå til Rankine -skalaen fra noen av de allerede beskrevne:

Rankine temperaturskala konverteringer. Kilde: f. Zapata.

Réaumur skala

En annen temperaturskala som tidligere ble brukt er Réaumur -skalaen, som er betegnet som grader eller ºR. Det er for tiden ved bruk, selv om det ble brukt mye i Europa til det ble fortrengt av Celsius -skalaen.

Det ble opprettet av René-Antoine Ferchault de Réaumur (1683-1757) rundt 1731. Referansene er: 0 ° R for frysepunktet til vannet og 80 ° R for kokepunktet.

Som det kan sees, sammenfaller den med Celsius -skalaen i null, men selvfølgelig ikke i andre verdier. Det er relatert til Celsius -skalaen gjennom:

T_ºR= (4/5) T_ºC

Det er også andre ekvivalenser:

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

Løste øvelser

Oppgave 1

Finn den numeriske verdien som Celsius -skalaen sammenfaller med Fahrenheit -skalaen.

Løsning

Som vi har sett i de foregående seksjonene, sammenfaller ikke disse skalaene, siden referansepunktene er forskjellige; Imidlertid er det mulig å finne en verdi x, slik at det representerer samme temperatur på begge skalaene. Derfor tas ligningen:

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

Og siden temperaturene må sammenfalle, da T_ºC  = T_ºF = x, Det følger at:

x = (5x - 160)/9

9x = 5x -160

4x = -160

x = - 40

Når T_ºC  = -40 ºC, også T_ºF = -40 ºF

Oppgave 2

Dampen som kommer ut av en kjele er ved en temperatur på 610 ºR. Finn temperaturen i grader Fahrenheit og i grader Celsius.

Løsning

Ekvivalensene som finnes i delen av Réaumur -skalaen brukes derfor: T_ºC=(5/4) T_ºR = (5/4). 610 º C = 762.5 ºC.

Du kan gjøre denne verdien som er funnet å flytte til grader Fahrenheit, eller bruke en annen av de nevnte konverteringene:

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

Eller denne andre, som gir samme resultat: T_ºR = (4/9)(T_ºF - 32)

Det rydder: T_ºF = (9/4) t_ºR + 32 = (9/4) 610 + 32 ºF = 1404.5 ºF.

Sammendrag av konverteringer

Oppsummert letter følgende tabell konverteringer for alle beskrevne skalaer:

Konverteringsboks for temperaturskala. Kilde: f. Zapata.

Referanser

1. Temperaturskala. Gjenopprettet fra: Thales.CICA.er.
2. Knight, r.  2017. Fysikk for forskere og ingeniørfag: En strategitilnærming. Pearson.
3. Tillery, f. 2012. Fysisk vitenskap. McGraw Hill.
4. Wikipedia. Celsius -karakter. Gjenopprettet fra: er.Wikipedia.org
5. Wikipedia. Fahrenheit karakter. Gjenopprettet fra: er.Wikipedia.org.
6. Wikipedia. Rankine. Gjenopprettet fra: er.Wikipedia.org.