Termometrične lestvice

Celzijski termometer

Kaj so termometrične lestvice?

The Termometrične lestvice To so tisti, ki se uporabljajo pri merjenju temperature, skalarna velikost, ki služi za količinsko opredelitev toplotne energije sistema. Naprava, ki se uporablja za merjenje temperature, to je termometer, mora vsebovati lestvico, da lahko prebere.

Če želite zgraditi ustrezno lestvico, morate vzeti dve referenčni točki in razdeliti interval med njimi. Te delitve se imenujejo stopnje. Na ta način primerjamo temperaturo predmeta, ki ga je treba izmeriti, kar je lahko temperatura kave, kopeli ali telesne temperature, pri čemer je referenca označena v instrumentu.

Najbolj uporabljena temperaturna lestvica so Celzija, Fahrenheit, Kelvin in Rankine lestvice. Vsi so enako primerni za merjenje temperature, saj so točke, izbrane kot referenca, poljubne.

Tako na Celzijevi lestvici in na Fahrenheitski lestvici nič lestvice ne kaže na odsotnost temperature. Zaradi tega so relativne lestvice. Po drugi strani za Kelvinovo lestvico in Rankine lestvico 0 predstavlja prenehanje molekularne aktivnosti, zato se štejejo Absolutne lestvice.

Celzija lestvica

Klinični digitalni termometer je diplomiral v stopinjah Celzija. Vir: Simon Schoar/CC by-S (https: // createCommons.Org/licence/by-sa/2.5)

To lestvico je izumil švedski astronom iz 18. stoletja Anders C. Celzija (1701-1744), približno 1735. Zelo intuitivna, ta lestvica uporablja zamrzovalno točko in vrelišče vode pri običajnem atmosferskem tlaku (1 atm) kot referenčne točke.

Voda je za to zelo primerna univerzalna snov, njegove vrednosti pa je enostavno dobiti v laboratoriju.

Na Celzijevi lestvici je točka zamrzovanja vode tista, ki ustreza 0 ° C in vrelišča pri 100 ° C, čeprav je prvotno Celzija predlagal na hrbtni strani in kasneje je bil naročilo vloženo. Med tema dvema referenčnimi vrednostmi je 100 enakih delitev, zato je včasih znan kot Celzija lestvica.

Enakovrednosti

Za vzpostavitev enakovrednosti med stopinjami Celzija in drugimi temperaturnimi lestvicami je treba upoštevati dva vidika:

• Razmerje med Celzijevo lestvico in drugo lestvico je linearno, zato je oblika:

y = m.x +b

-Poznati morate referenčne točke obeh lestvic.

Primer: enakovrednost med Celzija in Fahrenheitskimi lestvicami

Naj t_ºC Temperatura v celzijski lestvici in T_ºF Temperatura na lestvici Fahrenheita torej:

T_ºC = m. T_ºF + b

Znano je, da je 0 ° C = 32 ° F in 100 ° C = 212 ° F. Te vrednosti nadomestimo v prejšnji enačbi in dobimo:

Vam lahko služi: toplotna zmogljivost

0 = 32m + B

100 = 212m + B

To je sistem dveh linearnih enačb z dvema neznankoma, ki jih lahko reši kateri od znanih metod. Na primer z zmanjšanjem:

100 = 212m + B

0 = -32m - b

________________

100 = 180m

M = 100/180 = 5/9

Vedeti m, dobimo b Z zamenjavo:

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

Zdaj nadomestimo vrednosti m in b V naši enačbi enačbe za pridobitev:

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

Enako: T_ºC = (5/9). (T_ºF - 32)

Ta enačba omogoča, da se stopinja Fahrenheita prenese na neposredno stopinje Celzija, samo s pisanjem vrednosti, kjer se T pojavi_ºF.

Primer: enakovrednost med Celzija in Kelvinovo lestvico

Izvedeni so bili številni poskusi, da bi poskušali izmeriti absolutno temperaturno ničlo, to je vrednost, za katero vsa molekularna aktivnost izgine v plinu. Ta temperatura je približno -273 ° C.

Biti T_K Temperatura v Kelvinu -beseda "ocena" za to lestvico ni uporabljena, enakovrednost je:

T_ºC = T_K - 273

Se pravi, lestvice se razlikujejo po Kelvinovi lestvici. V zvezi s Celzija - Fahrenheit je naklon linije vreden 5/9 in v tem primeru je vreden 1.

Stopnje Kelvins in Celsius sta enake velikosti, le da Kelvinova lestvica, kot je razvidno iz zgoraj navedenega, ne razmišlja o negativnih temperaturnih vrednostih.

Fahrenheit lestvica

Stenski termometer z glavnim obsegom v stopinjah Fahrenheit in sekundarni lestvici v stopinjah Celzija

Daniel Fahrenheit (1686-1736) je bil fizik nemškega porekla, rojenega na Poljskem. Okrog leta 1715 je Fahrenheit izdelal termometer s poljubno izbranim referenčnim referenčnim lestvico. Od takrat se veliko uporablja v angleško govorečih državah.

Prvotno je Fahrenheit izbral temperaturo mešanice ledu in soli za spodnjo referenčno točko in jo določil kot 0 °. Za drugo točko je izbral temperaturo človeškega telesa in jo nastavil na 100 stopinj.

Kot je bilo pričakovano, je imel nekaj težav, da je ugotovil, kakšna je "normalna" telesna temperatura, ker se spreminja čez dan ali iz enega dne v drugi, ne da bi oseba nujno bolna.

Izkazalo se je, da obstajajo popolnoma zdravi ljudje z 99 telesno temperaturo.1 ° F, medtem ko je za druge normalno, da jih je 98.6 ° F. Slednje je povprečna vrednost za splošno populacijo.

Tako so se morale referenčne točke Fahrenheitske lestvice spremeniti za točko zamrzovanja vode, ki je bila ustanovljena v 32 ° F in vreli v 212 ° F. Končno je bila lestvica razdeljena na 180 enakih intervalov.

Vam lahko služi: bethelgeuse

Pretvoriti stopinje Fahrenheita v stopinje Celzija

Iz zgornje enačbe izhaja, da:

T_ºF = (9/5) t_ºC + 32

Na enak način lahko to obravnavamo tako: Celzijska lestvica ima 100 stopinj, medtem ko ima Fahrenheit lestvica 180 stopinj. Nato za vsako povečanje ali zmanjšanje 1 ° C pride do povečanja ali zmanjšanja 1.8 ° F = (9/5) ºF

Primer

Skozi zgornje enačbe poiščite formulo, ki omogoča, da se na Kelvinovi lestvici prenesejo fahrenheit stopnje:

Vedeti, da: t_ºC = T_K - 273 in zamenjava enačbe, ki je že odšteta, imate:

T_ºC = T_K - 273

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

Kelvinova lestvica

Primerjava lestvic Celzija in Kelvina v razsvetljenem termometru. Vir: Celsius_kelvin_estandar_1954.PNG: HOMO LOGOSDERIVATIVNO DELO: KISMALAC/CC BY-SA (https: // CreativeCommons.Org/licence/by-sa/3.0

William Thomson (1824-1907), Lord Kelvin, je predlagal lestvico brez poljubnih referenčnih točk. To je absolutna temperaturna lestvica, ki nosi njegovo ime, predlagano leta 1892. Nima negativnih temperaturnih vrednosti, saj je absolutna 0 najnižja možna temperatura.

Pri temperaturi 0 k je vsako gibanje molekul popolnoma prenehalo. To je lestvica International System (SI), čeprav Celzijeva lestvica velja tudi za dodatno enoto. Spomnimo se, da Kelvinova lestvica ne uporablja "stopinj", zato je vsaka temperatura izražena kot številčna vrednost plus enota, imenovana "Kelvin".

Do zdaj Absolute Zero ni bil dosežen, vendar so se znanstveniki dovolj približali.

Dejansko so v laboratorijih, specializiranih za nizke temperature, uspeli ohladiti vzorce natrija na 700 Nanokelvin ali 700 x 1010^-9 Kelvin. Po drugi strani je proti drugemu koncu lestvice znano, da lahko jedrska eksplozija ustvari temperature 100 ali več milijonov Kelvina.

Vsak Kelvin ustreza 1/273.16 delov trojne temperature vode. Pri tej temperaturi so tri faze vode v ravnovesju.

Kelvin Scale ter Celsius in Fahrenheit lestvica

Razmerje med lestvico Kelvin in Celzija je -Dedondeando 273.16 do 273-:

T_K = T_ºC + 273

Podobno se z nadomestitvijo dobi povezava med lestvico Kelvin in Fahrenheit:

T_K = 5 (t_ºF + 459.4)/9

Rankine lestvica

Lestvico Rankine je predlagal William Rankine, inženir, rojen na Škotskem (1820-1872). Pionir industrijske revolucije je veliko prispeval k termodinamiki. Leta 1859 je predlagal absolutno temperaturno lestvico, s čimer je nastavil nič na −459,67 ° F.

Na tej lestvici je velikost stopinj enaka kot na lestvici Fahrenheit. Rankine lestvica je označena kot R in tako kot pri Kelvinovi lestvici tudi njene vrednosti ne imenujejo stopnje, ampak Rankine.

Vam lahko služi: medsebojna induktivnost: formula/koeficient, aplikacije, vaje

Tako:

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

Skratka, tukaj so potrebne pretvorbe, da se odpravite na lestvico Rankine iz katerega koli od že opisanih:

Pretvorbe temperaturne lestvice Rankine. Vir: f. Zapata.

Réaumur lestvica

Druga temperaturna lestvica je prej uporabljena lestvica Réaumur, ki je označena kot stopinje ali ºR. Trenutno je v uporabi, čeprav so ga v Evropi veliko uporabljali, dokler ga ni preselila Celzijska lestvica.

Ustvaril ga je René-Antoine Ferchault de Réaumur (1683-1757) okoli leta 1731. Njegove reference so: 0 ° R za zamrzovalno točko vode in 80 ° R za vrelišče.

Kot je razvidno, sovpada s Celzijevo lestvico na nič, seveda pa ne v drugih vrednostih. Povezana je s Celzijevo lestvico do:

T_ºR= (4/5) T_ºC

Obstajajo tudi druge enakovrednosti:

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

Rešene vaje

Vaja 1

Poiščite numerično vrednost, v kateri Celzijeva lestvica sovpada s lestvico Fahrenheit.

Rešitev

Kot smo videli v prejšnjih razdelkih, te lestvice ne sovpadajo, saj so referenčne točke različne; Vendar je mogoče najti vrednost x, tako, da predstavlja isto temperaturo na obeh lestvicah. Zato je enačba vzeta:

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

In ker morajo temperature sovpadati T_ºC  = T_ºF = x, Sledi, da:

x = (5x - 160)/9

9x = 5x -160

4x = -160

x = - 40

Kdaj T_ºC  = -40 ° C, tudi T_ºF = -40 ° F

Vaja 2

Para, ki izhaja iz kotla, je pri temperaturi 610 °r. Poiščite temperaturo v stopinjah Fahrenheit in v stopinjah Celzija.

Rešitev

Zato se uporabljajo enakovrednosti v odseku Réaumur lestvice: T_ºC=(5/4) T_ºR = (5/4). 610 ° C = 762.5 ° C.

To vrednost lahko obrnete na stopnjo Fahrenheita ali uporabite drugo od prej omenjenih konverzij:

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

Ali to drugo, kar daje enak rezultat: T_ºR = (4/9)(T_ºF - 32)

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

Povzetek konverzij

Če povzamemo, naslednja tabela olajša pretvorbe za vse opisane lestvice:

Pretvorbe za temperaturno lestvico. Vir: f. Zapata.

Reference

1. Temperaturne lestvice. Okreval od: Thales.CICA.je.
2. Vitez, r.  2017. Fizika za znanstvenike in inženiring: strateški pristop. Pearson.
3. Tillery, b. 2012. Fizikalna znanost. McGraw Hill.
4. Wikipedija. Celzija ocena. Okrevano od: je.Wikipedija.org
5. Wikipedija. Ocena Fahrenheita. Okrevano od: je.Wikipedija.org.
6. Wikipedija. Rankine. Okrevano od: je.Wikipedija.org.