Det termometriske skalaer er dem, der bruges til måling af temperatur, en skalar størrelse, der tjener til at kvantificere et systems termiske energi. Enheden, der bruges til at måle temperaturen, det vil sige et termometer, skal have en skala for at være i stand til at tage aflæsningen.
For at konstruere en passende skala skal du tage to referencepunkter og dele intervallet mellem dem. Disse divisioner kaldes grader. På denne måde sammenlignes temperaturen på det objekt, der skal måles, som kan være temperaturen på kaffen, badet eller kropstemperaturen, med referencen markeret på instrumentet..
De mest anvendte temperaturskalaer er skalaerne Celsius, Fahrenheit, Kelvin og Rankine. De er alle lige velegnede til måling af temperatur, da de punkter, der er valgt som reference, er vilkårlige..
Både i Celsius-skalaen og i Fahrenheit-skalaen indikerer skalaens nul ikke fraværet af temperatur. Af denne grund er de det relative skalaer. På den anden side repræsenterer 0 for Kelvin-skalaen og Rankine-skalaen ophør af molekylær aktivitet, derfor betragtes de som absolutte skalaer.
Denne skala blev opfundet af det svenske astronom Anders C. Celsius fra det 18. århundrede (1701-1744) omkring 1735. Meget intuitiv, denne skala bruger frysepunktet og kogepunktet for vand ved normalt atmosfærisk tryk (1 atm) som referencepunkter..
Vand er et universelt stof, der er meget velegnet til dette, og dets værdier er lette at få i laboratoriet.
På Celsius-skalaen er frysepunktet for vand det, der svarer til 0 ° C og kogepunktet til 100 ° C, selvom Celsius oprindeligt havde foreslået dem omvendt og senere blev rækkefølgen vendt. Mellem disse to referenceværdier er der 100 identiske opdelinger, hvorfor det undertiden kaldes celsiusskalaen..
For at etablere en ækvivalens mellem grader Celsius og andre temperaturskalaer skal to aspekter tages i betragtning:
y = m.x + b
-Du skal kende referencepunkterne for begge skalaer.
Lad TºC temperaturen på Celsius-skalaen og TºF temperaturen på Fahrenheit-skalaen, derfor:
TºC = m. TºF + b
Det vides, at 0 ° C = 32 ° F og 100 ° C = 212 ° F. Vi erstatter disse værdier i den foregående ligning, og vi opnår:
0 = 32m + b
100 = 212m + b
Dette er et system med to lineære ligninger med to ukendte, som kan løses ved hjælp af en hvilken som helst af de kendte metoder. For eksempel ved reduktion:
100 = 212m + b
0 = -32m - b
________________
100 = 180m
m = 100/180 = 5/9
At vide m, vi opnår b ved udskiftning:
b = -32m = -32. (5/9) = -160/9
Nu erstatter vi værdierne for m Y b i vores ækvivalensligning for at opnå:
TºC = (5/9). TºF - (160/9) = (5TºF -160) / 9
Tilsvarende: TºC = (5/9). (TºF - 32)
Denne ligning gør det muligt at overføre grader Fahrenheit til grader Celsius direkte, bare ved at skrive den værdi, hvor T visesºF.
Der er udført mange eksperimenter for at forsøge at måle det absolutte temperaturnul, dvs. den værdi, for hvilken al molekylær aktivitet i en gas forsvinder. Denne temperatur er tæt på -273 ºC.
Være TK temperaturen i kelvin -ordet “grad” bruges ikke til denne skala-, ækvivalensen er:
TºC = TK - 273
Det vil sige, at skalaerne adskiller sig ved, at Kelvin-skalaen ikke har negative værdier. I forholdet Celsius - Fahrenheit er linjens hældning lig med 5/9, og i dette tilfælde er den lig med 1.
Kelvin og grader Celsius har samme størrelse, kun at Kelvin-skalaen, som det fremgår af ovenstående, ikke inkluderer negative temperaturværdier..
Daniel Fahrenheit (1686-1736) var en polskfødt fysiker af tysk oprindelse. Omkring 1715 lavede Fahrenheit et termometer med en skala baseret på to vilkårligt valgte referencepunkter. Siden da er det meget brugt i engelsktalende lande.
Oprindeligt valgte Fahrenheit temperaturen på en blanding af is og salt til det lavere sætpunkt og indstillede den til 0 °. For det andet punkt valgte han temperaturen på menneskekroppen og satte den til 100 grader..
Som forventet havde han nogle problemer med at bestemme, hvad den "normale" kropstemperatur er, fordi den ændrer sig hele dagen eller fra den ene dag til den anden uden at personen nødvendigvis er syg..
Det viser sig, at der er helt raske mennesker med en kropstemperatur på 99,1 ºF, mens det for andre er normalt at have 98,6 ºF. Sidstnævnte er den gennemsnitlige værdi for den generelle befolkning.
Så Fahrenheit-skalaens referencepunkter måtte ændre sig for frysepunktet for vand, som blev indstillet til 32 ° F og kogepunktet til 212 ° F. Endelig blev skalaen opdelt i 180 lige store intervaller.
Fra ligningen vist ovenfor følger det, at:
TºF = (9/5) TºC + 32
På samme måde kan vi overveje det sådan: Celsius-skalaen har 100 grader, mens Fahrenheit-skalaen har 180 grader. For hver stigning eller reduktion på 1 ºC er der en stigning eller reduktion på 1,8 ºF = (9/5) ºF
Brug de tidligere ligninger til at finde en formel, der giver dig mulighed for at gå fra grader Fahrenheit til en Kelvin-skala:
At vide det: TºC = TK - 273 og erstatter i den allerede udledte ligning, har vi:
TºC = TK - 273
Derfor: TºF = (9/5) (TK - 273) + 32 = (9/5) TK - 459.4
William Thomson (1824-1907), Lord Kelvin, foreslog en skala uden vilkårlige referencepunkter. Dette er den absolutte temperaturskala, der bærer hans navn, foreslået i 1892. Den har ikke negative temperaturværdier, da absolut 0 er den lavest mulige temperatur..
Ved temperaturen 0 K er enhver bevægelse af molekylerne ophørt fuldstændigt. Dette er International System (SI) skalaen, selvom Celsius skalaen også betragtes som en tilbehørsenhed. Husk, at Kelvin-skalaen ikke bruger "grader", så enhver temperatur udtrykkes som den numeriske værdi plus enheden, kaldet "kelvin".
Indtil videre har det ikke været muligt at nå absolut nul, men forskere er kommet ret tæt på.
I laboratorier, der er specialiseret i lave temperaturer, har de formået at afkøle natriumprøver til 700 nanokelvin eller 700 x 1010-9 Kelvin. På den anden side vides det mod den anden ende af skalaen, at en nuklear eksplosion kan generere temperaturer på 100 eller flere millioner kelvin..
Hver kelvin svarer til 1 / 273,16 dele af temperaturen på vandets tredobbelte punkt. Ved denne temperatur er de tre faser af vand i ligevægt.
Forholdet mellem Kelvin- og Celsius-skalaen er -round 273,16 til 273-:
TK = TºC + 273
Tilsvarende opnås ved substitution et forhold mellem Kelvin og Fahrenheit-skalaerne:
TK = 5 (T.ºF + 459.4) / 9
Rankine-skalaen blev foreslået af William Rankine, en skotsk-født ingeniør (1820-1872). En pioner for den industrielle revolution, han leverede store bidrag til termodynamikken. I 1859 foreslog han en absolut temperaturskala, idet han satte nul ved -459,67 ° F.
På denne skala er gradernes størrelse den samme som på Fahrenheit-skalaen. Rankine-skalaen betegnes som R, og som med Kelvin-skalaen kaldes dens værdier ikke grader, men rankine.
Dermed:
0 K = 0 R = −459,67 ° F = - 273,15 ºC
Sammenfattende er her de nødvendige konverteringer for at gå til Rankine-skalaen fra en af de allerede beskrevne:
En anden tidligere anvendt temperaturskala er Réaumur-skalaen, der betegnes som grader eller ºR. Det er i øjeblikket i brug, selvom det blev udbredt i Europa, indtil det blev fordrevet af Celsius-skalaen.
Det blev oprettet af René-Antoine Ferchault de Réaumur (1683-1757) omkring 1731. Dens referencer er: 0 ° R for frysepunktet for vand og 80 ° R for kogepunktet.
Som det kan ses, falder det sammen med Celsius-skalaen på nul, men bestemt ikke ved de andre værdier. Det er relateret til celsius skalaen ved:
TºR= (4/5) TºC
Der er også andre ækvivalenser:
TºR= (4/5) (TK - 273) = (4/9)(TºF-32)= (4/5)(5.TR/ 9 - 273) = (4/9) TR - 218.4
Find den numeriske værdi, hvor celsius-skalaen matcher Fahrenheit-skalaen.
Som vi har set i de foregående afsnit, falder disse skalaer ikke sammen, da referencepunkterne er forskellige; det er dog muligt at finde en værdi x, sådan at den repræsenterer den samme temperatur på begge skalaer. Derfor er ligningen taget:
TºC = (5/9). TºF - (160/9) = (5TºF -160) / 9
Og da temperaturerne skal matche, så TºC = TºF = x, Den følger det:
x = (5x - 160) / 9
9x = 5x -160
4x = -160
x = - 40
Hvornår TºC = -40 ºC, også TºF = -40ºF
Dampen, der kommer ud af en kedel, har en temperatur på 610 ºR. Find temperaturen i grader Fahrenheit og grader Celsius.
De ækvivalenser, der findes i afsnittet Réaumur-skalaen, anvendes derfor: TºC=(5/4) TºR = (5/4). 610 ° C = 762,5 ° C.
Du kan straks konvertere denne fundne værdi til grader Fahrenheit eller bruge en af de andre nævnte konverteringer:
TºF = (9/5) TºC + 32 = (9/5) 762,5 + 32 ºC = 1404,5 ºF
Eller denne anden, som giver det samme resultat: TºR = (4/9)(TºF - 32)
Det rydder: TºF = (9/4) TºR + 32 = (9/4) 610 + 32 ºF = 1404,5 ºF.
Sammenfattende viser følgende tabel konverteringerne for alle de beskrevne skalaer:
Endnu ingen kommentarer