Fizikal

Skala thermometric

Skala thermometric
Celsius -Scale Thermometer

Apakah skala termometrik?

The Skala thermometric Mereka adalah yang digunakan dalam pengukuran suhu, magnitud skalar yang berfungsi untuk mengukur tenaga haba sistem. Peranti yang digunakan untuk mengukur suhu, iaitu, termometer, mesti memasukkan skala untuk dapat membaca.

Untuk membina skala yang sesuai, anda perlu mengambil dua titik rujukan dan membahagikan selang antara mereka. Bahagian ini dipanggil darjah. Dengan cara ini, suhu objek yang akan diukur dibandingkan, yang boleh menjadi suhu kopi, mandi atau suhu badan, dengan rujukan yang ditandakan dalam instrumen.

Skala suhu yang paling banyak digunakan ialah skala Celsius, Fahrenheit, Kelvin dan Rankine. Semuanya sama sesuai untuk mengukur suhu, kerana titik yang dipilih sebagai rujukan adalah sewenang -wenangnya.

Kedua -duanya pada skala Celsius dan pada skala Fahrenheit sifar skala tidak menunjukkan ketiadaan suhu. Atas sebab ini mereka skala relatif. Sebaliknya, untuk skala Kelvin dan skala Rankine, 0 mewakili pemberhentian aktiviti molekul, oleh itu mereka dianggap Skala mutlak.

Skala Celsius

Thermometer digital klinikal lulus dalam darjah Celsius. Sumber: Simon Schoar/CC BY-S (https: // creativeCommons.Org/lesen/by-sa/2.5)

Skala ini dicipta oleh ahli astronomi Sweden abad ke -18 Anders c. Celsius (1701-1744), kira-kira 1735. Sangat intuitif, skala ini menggunakan titik beku dan titik mendidih air pada tekanan atmosfera normal (1 atm) sebagai titik rujukan.

Air adalah bahan sejagat yang sangat sesuai untuk ini, dan nilai -nilainya mudah diperoleh di makmal.

Pada skala Celsius, titik pembekuan air adalah yang sepadan dengan 0 ° C dan titik mendidih pada 100 ° C, walaupun pada asalnya Celsius telah mencadangkan untuk sebaliknya dan kemudian perintah itu dilaburkan. Di antara kedua -dua nilai rujukan ini terdapat 100 bahagian yang sama, jadi kadang -kadang dikenali sebagai skala Celsius.

Kesamaan

Untuk mewujudkan kesetaraan antara darjah Celsius dan skala suhu lain, dua aspek mesti diambil kira:

  • Hubungan antara skala Celsius dan skala lain adalah linear, oleh itu adalah bentuk:

y = m.x +b

-Anda mesti mengetahui titik rujukan kedua -dua skala.

Contoh: Kesetaraan antara skala Celsius dan Fahrenheit

Biarkan tºC Suhu dalam skala Celsius dan TºF Suhu pada skala Fahrenheit, oleh itu:

TºC = m. TºF + b

Diketahui bahawa 0 ºC = 32 ºF dan 100 ºC = 212 ºF. Kami menggantikan nilai -nilai ini dalam persamaan sebelumnya dan mendapatkan:

Boleh melayani anda: kapasiti haba

0 = 32m + b

100 = 212m + b

Ini adalah sistem dua persamaan linear dengan dua orang yang tidak diketahui, yang dapat diselesaikan oleh mana -mana kaedah yang diketahui. Sebagai contoh, dengan pengurangan:

100 = 212m + b

0 = -32m - b

________________

100 = 180m

M = 100/180 = 5/9

Mengetahui m, kami memperolehi b Dengan penggantian:

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

Sekarang kita menggantikan nilai m dan b Dalam persamaan kami untuk mendapatkan:

TºC = (5/9). TºF - (160/9) = (5tºF -160)/9

Sama sekali: TºC = (5/9). (TºF - 32)

Persamaan ini membolehkan lulus fahrenheit darjah ke darjah Celsius secara langsung, hanya dengan menulis nilai di mana t munculºF.

Contoh: Kesetaraan antara skala Celsius dan Kelvin

Banyak eksperimen telah dijalankan untuk cuba mengukur suhu sifar mutlak, iaitu nilai yang mana semua aktiviti molekul hilang dalam gas. Suhu ini adalah kira -kira -273 ºC.

Menjadi TK Suhu di Kelvin -perkataan "gred" untuk skala ini tidak digunakan, kesetaraan adalah:

TºC = TK - 273

Iaitu, skala berbeza dalam skala kelvin tidak mempunyai nilai negatif. Dalam hubungan Celsius - Fahrenheit, cerun garis bernilai 5/9 dan dalam kes ini ia bernilai 1.

Kelvins dan Celcius Ijazah adalah saiz yang sama, hanya skala Kelvin, seperti yang dapat dilihat dari atas, tidak merenungkan nilai suhu negatif.

Skala Fahrenheit

Termometer dinding dengan skala utama dalam darjah Fahrenheit dan skala sekunder dalam darjah Celcius

Daniel Fahrenheit (1686-1736) adalah ahli fizik asal Jerman yang dilahirkan di Poland. Sekitar 1715, Fahrenheit mengeluarkan termometer dengan skala berasaskan rujukan yang dipilih sewenang -wenang. Sejak itu ia banyak digunakan di negara -negara berbahasa Inggeris.

Asalnya Fahrenheit memilih suhu campuran ais dan garam untuk titik rujukan yang lebih rendah dan menubuhkannya sebagai 0 °. Untuk titik lain dia memilih suhu badan manusia dan menetapkannya pada 100 darjah.

Seperti yang dijangkakan, dia mempunyai beberapa masalah untuk menentukan suhu badan "normal", kerana ia berubah sepanjang hari, atau dari satu hari ke yang lain tanpa orang yang sakit.

Ternyata ada orang yang sihat dengan 99 suhu badan.1 ºF, sementara bagi yang lain adalah normal mempunyai 98.6 ºF. Yang terakhir adalah nilai purata bagi penduduk umum.

Oleh itu, titik rujukan skala Fahrenheit terpaksa berubah untuk titik pembekuan air, yang ditubuhkan pada 32 ºF dan mendidih pada 212 ºF. Akhirnya, skala dibahagikan kepada 180 selang waktu yang sama.

Boleh melayani anda: Bethelgeuse

Tukar darjah Fahrenheit ke darjah Celsius

Dari persamaan yang ditunjukkan di atas, ia mengikuti bahawa:

TºF = (9/5) tºC + 32

Dengan cara yang sama kita dapat menganggapnya seperti ini: Skala Celsius mempunyai 100 darjah, manakala Skala Fahrenheit mempunyai 180 darjah. Kemudian, untuk setiap kenaikan atau penurunan 1 ºC, terdapat peningkatan atau penurunan 1.8 ºF = (9/5) ºF

Contoh

Melalui persamaan di atas, cari formula yang membolehkan ijazah Fahrenheit diluluskan pada skala Kelvin:

Mengetahui bahawa: tºC = TK - 273 dan menggantikan persamaan yang telah ditolak, anda mempunyai:

TºC = TK - 273

Oleh itu: TºF = (9/5) (tK - 273) + 32 = (9/5) tK - 459.4

Skala Kelvin

Perbandingan skala Celsius dan Kelvin dalam termometer yang tercerahkan. Sumber: celsius_kelvin_estandar_1954.PNG: Homo Logosderivative Work: Kismalac/CC By-SA (https: // creativeCommons.Org/lesen/by-sa/3.0)

William Thomson (1824-1907), Lord Kelvin, mencadangkan skala tanpa mata rujukan sewenang-wenang. Ini adalah skala suhu mutlak yang menanggung namanya, yang dicadangkan pada tahun 1892. Ia tidak mempunyai nilai suhu negatif, kerana mutlak 0 adalah suhu terendah yang mungkin.

Pada suhu 0 k mana -mana pergerakan molekul telah berhenti sepenuhnya. Ini adalah skala sistem antarabangsa (SI), walaupun skala Celsius juga dianggap sebagai unit aksesori. Ingatlah bahawa skala Kelvin tidak menggunakan "darjah", jadi sebarang suhu dinyatakan sebagai nilai berangka ditambah unit, yang dipanggil "Kelvin".

Sehingga kini, sifar mutlak belum dicapai, tetapi saintis telah cukup mendekati.

Sesungguhnya, di makmal yang khusus dalam suhu rendah, mereka telah berjaya menyejukkan sampel natrium hingga 700 nanokelvin atau 700 x 1010-9 Kelvin. Sebaliknya, ke arah hujung skala yang lain, diketahui bahawa letupan nuklear dapat menjana suhu 100 atau lebih berjuta -juta Kelvin.

Setiap kelvin sepadan dengan 1/273.16 bahagian suhu air tiga. Pada suhu ini, tiga fasa air adalah seimbang.

Skala kelvin dan skala celsius dan fahrenheit

Hubungan antara skala kelvin dan celsius adalah -dedondoando 273.16 hingga 273-:

TK = TºC + 273

Begitu juga, dengan menggantikan hubungan antara skala Kelvin dan Fahrenheit diperoleh:

TK = 5 (tºF + 459.4)/9

Skala Rankine

Skala Rankine dicadangkan oleh William Rankine, seorang jurutera yang dilahirkan di Scotland (1820-1872). Perintis Revolusi Perindustrian, memberikan sumbangan besar kepada termodinamik. Pada tahun 1859 beliau mencadangkan skala suhu mutlak, menetapkan sifar hingga -459.67 ° F.

Pada skala ini saiz darjah adalah sama seperti pada skala Fahrenheit. Skala Rankine dilambangkan sebagai R dan seperti skala Kelvin, nilainya tidak dipanggil darjah, tetapi Rankine.

Boleh melayani anda: induktansi bersama: formula/pekali, aplikasi, latihan

Oleh itu:

0 k = 0 r = -459.67 ° F = - 273.15 ºC

Singkatnya, inilah penukaran yang diperlukan untuk pergi ke skala Rankine dari mana -mana yang telah diterangkan:

Penukaran Skala Suhu Rankine. Sumber: f. Zapata.

Skala Réaumur

Skala suhu lain yang digunakan sebelum ini ialah skala réaumur, yang dilambangkan sebagai darjah atau ºR. Ia kini tidak digunakan, walaupun banyak digunakan di Eropah sehingga ia dipindahkan oleh Skala Celsius.

Ia dicipta oleh René-Antoine Ferchault de Réaumur (1683-1757) sekitar 1731. Rujukannya ialah: 0 ° R untuk titik beku air dan 80 ° R untuk titik mendidih.

Seperti yang dapat dilihat, ia bertepatan dengan skala Celsius dalam sifar, tetapi sudah tentu tidak dalam nilai lain. Ia berkaitan dengan skala Celsius melalui:

TºR= (4/5) TºC

Terdapat juga kesamaan lain:

TºR= (4/5) (TK - 273) = (4/9)(TºF-32)= (4/5)(5.TR/9 -273) = (4/9) tR - 218.4

Latihan yang diselesaikan

Latihan 1

Cari nilai berangka di mana skala Celsius bertepatan dengan skala Fahrenheit.

Penyelesaian

Seperti yang telah kita lihat di bahagian sebelumnya, skala ini tidak bertepatan, kerana titik rujukan berbeza; Walau bagaimanapun, adalah mungkin untuk mencari nilai x, sehingga ia mewakili suhu yang sama pada kedua -dua skala. Oleh itu persamaan diambil:

TºC = (5/9). TºF - (160/9) = (5tºF -160)/9

Dan kerana suhu mesti bertepatan, maka TºC  = TºF = x, Ia mengikutinya:

x = (5x - 160)/9

9x = 5x -160

4x = -160

x = - 40

Bila TºC  = -40 ºC, Juga TºF = -40 ºF

Latihan 2

Wap yang keluar dari dandang berada pada suhu 610 ºR. Cari suhu dalam darjah Fahrenheit dan dalam darjah Celsius.

Penyelesaian

Kesamaan yang terdapat di bahagian skala réaumur digunakan, oleh itu: TºC=(5/4) TºR = (5/4). 610 º C = 762.5 ºC.

Anda boleh menghidupkan nilai ini yang didapati bergerak ke darjah Fahrenheit, atau menggunakan satu lagi penukaran yang disebutkan di atas:

TºF = (9/5) tºC + 32 = (9/5) 762.5+ 32 ºC = 1404.5 ºF

Atau yang lain, yang memberikan hasil yang sama: TºR = (4/9)(TºF - 32)

Ia membersihkan: TºF = (9/4) tºR + 32 = (9/4) 610 + 32 ºF = 1404.5 ºF.

Ringkasan Penukaran

Ringkasnya, jadual berikut memudahkan penukaran untuk semua skala yang diterangkan:

Kotak penukaran untuk skala suhu. Sumber: f. Zapata.

Rujukan

  1. Skala suhu. Pulih dari: Thales.Cica.adalah.
  2. Knight, r.  2017. Fizik untuk saintis dan kejuruteraan: Pendekatan Strategi. Pearson.
  3. Tillery, b. 2012. Sains fizikal. McGraw Hill.
  4. Wikipedia. Gred Celsius. Pulih dari: Adakah.Wikipedia.org
  5. Wikipedia. Gred Fahrenheit. Pulih dari: Adakah.Wikipedia.org.
  6. Wikipedia. Rankine. Pulih dari: Adakah.Wikipedia.org.