Termometriska skalor

Celsius -skala termometer

Vad är termometriska skalor?

De Termometriska skalor De är de som används i temperaturmätning, en skalarstorlek som tjänar till att kvantifiera ett termiskt energi i ett system. Enheten som används för att mäta temperaturen, det vill säga en termometer, måste innehålla en skala för att kunna läsa.

För att bygga en lämplig skala måste du ta två referenspunkter och dela intervallet mellan dem. Dessa divisioner kallas grader. På detta sätt jämförs temperaturen på objektet som ska mätas, vilket kan vara temperaturen på kaffe, bad eller kroppstemperatur, med referensen markerad i instrumentet.

De mest använda temperaturskalorna är Celsius, Fahrenheit, Kelvin och Rankine Scales. Alla är lika lämpliga för att mäta temperaturen, eftersom de valda punkter som referens är godtyckliga.

Både på Celsius -skalan och på Fahrenheit -skalan noll på skalan indikerar inte frånvaron av temperatur. Av denna anledning är de relativa skalor. Å andra sidan, för Kelvin -skalan och Rankine -skalan, representerar 0 upphörandet av molekylaktiviteten, därför anses de därför Absoluta skalor.

Celsius Scale

Klinisk digital termometer tog examen i grader Celsius. Källa: Simon Schoar/CC BY-S (https: // CreativeCommons.Org/licenser/BY-SA/2.5)

Denna skala uppfanns av den svenska astronomen från 1700 -talet Anders C. Celsius (1701-1744), cirka 1735. Mycket intuitivt, denna skala använder fryspunkten och kokpunkten för vattnet vid normalt atmosfärstryck (1 atm) som referenspunkter.

Vatten är ett mycket lämpligt universellt ämne för detta, och dess värden är enkla att få i laboratoriet.

På Celsius -skalan är vattenfrysningspunkten den som motsvarar 0 ° C och kokpunkten vid 100 ° C, även om Celsius ursprungligen hade föreslagit omvänt och senare investerades ordern. Mellan dessa två referensvärden finns 100 identiska divisioner, så det är ibland känt som Celsius skala.

Likvärdighet

För att fastställa en ekvivalens mellan graderna Celsius och andra temperaturskalor måste två aspekter beaktas:

• Förhållandet mellan Celsius -skalan och den andra skalan är linjär, är därför formen:

y = m.x +b

-Du måste känna till referenspunkterna för båda skalorna.

Exempel: Ekvivalens mellan Celsius och Fahrenheit skalor

Låt t_ºC Temperaturen i Celsius -skalan och T_ºF Temperaturen på Fahrenheit -skalan därför:

T_ºC = m. T_ºF + b

Det är känt att 0 ºC = 32 ºF och 100 ºC = 212 ºF. Vi ersätter dessa värden i föregående ekvation och erhåller:

Kan tjäna dig: värmekapacitet

0 = 32m + b

100 = 212m + b

Detta är ett system med två linjära ekvationer med två okända, som kan lösas med någon av de kända metoderna. Till exempel genom minskning:

100 = 212m + b

0 = -32m - b

________________

100 = 180 m

M = 100/180 = 5/9

Menande m, vi får b Genom att ersätta:

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

Nu ersätter vi värdena på m och b I vår ekvationsekvation för att få:

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

På motsvarande sätt: T_ºC = (5/9). (T_ºF - 32)

Denna ekvation gör det möjligt att passera Fahrenheit -grader till grader Celsius direkt, bara genom att skriva värdet där T visas_ºF.

Exempel: Ekvivalens mellan Celsius och Kelvin skalor

Många experiment har genomförts för att försöka mäta den absoluta temperaturen noll, det vill säga det värde för vilket all molekylaktivitet försvinner i en gas. Denna temperatur är ungefär -273 ºC.

Vara T_K Temperaturen i Kelvin -ordet "klass" för denna skala används inte, likvärdigheten är:

T_ºC = T_K - 273

Det vill säga, vågen skiljer sig åt i Kelvin -skalan har inga negativa värden. I förhållandet Celsius - Fahrenheit är linjens lutning värd 5/9 och i detta fall är det värt 1.

Kelvins och Celsius grader har samma storlek, bara att Kelvin -skalan, som framgår av ovanstående, inte överväger negativa temperaturvärden.

Fahrenheit skala

Väggtermometer med huvudskala i grader Fahrenheit och sekundärskala i grader Celsius

Daniel Fahrenheit (1686-1736) var fysiker av tyskt ursprung född i Polen. Cirka 1715 tillverkade Fahrenheit en termometer med en godtycklig vald -referens -baserad skala. Sedan dess används det mycket i engelska -talande länder.

Ursprungligen valde Fahrenheit temperaturen på en blandning av is och salt för den lägre referenspunkten och etablerade den som 0 °. För den andra punkten valde han temperaturen i människokroppen och satte den på 100 grader.

Som förväntat hade han några problem att avgöra vad den "normala" kroppstemperaturen är, eftersom det förändras under dagen, eller från en dag till en annan utan att personen nödvändigtvis är sjuk.

Det visar sig att det finns helt friska människor med 99 kroppstemperatur.1 ºF, medan för andra är det normalt att ha 98.6 ºF. Det senare är medelvärdet för den allmänna befolkningen.

Så referenspunkterna för Fahrenheit -skalan var tvungna. Slutligen delades skalan i 180 lika intervaller.

Kan tjäna dig: Bethelgeuse

Konvertera Degrees Fahrenheit till grader Celsius

Från ekvationen som visas ovan följer det att:

T_ºF = (9/5) t_ºC + 32

På samma sätt kan vi betrakta det så här: Celsius -skalan har 100 grader, medan Fahrenheit -skalan har 180 grader. Sedan, för varje ökning eller minskning av 1 ºC, är det en ökning eller en minskning med 1.8 ºF = (9/5) ºF

Exempel

Genom ovanstående ekvationer, hitta en formel som gör att Fahrenheit -grader kan passeras på Kelvin -skalan:

Att veta det: t_ºC = T_K - 273 och ersätter ekvationen som redan dras av, har du:

T_ºC = T_K - 273

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

Kelvinskala

Jämförelse av Celsius och Kelvin skalor i en upplyst termometer. Källa: celsius_kelvin_estandar_1954.PNG: Homo Logosderivative Work: Kismalac/CC BY-SA (https: // CreativeCommons.Org/licenser/BY-SA/3.0)

William Thomson (1824-1907), Lord Kelvin, föreslog en skala utan godtyckliga referenspunkter. Detta är den absoluta temperaturskalan som bär hans namn, föreslog 1892. Det har inga negativa temperaturvärden, eftersom den absoluta 0 är den lägsta möjliga temperaturen.

Vid temperaturen på 0 K har någon rörelse av molekylerna helt upphört. Detta är den internationella systemet (SI), även om Celsius -skalan också betraktas som en tillbehörsenhet. Kom ihåg att Kelvin -skalan inte använder "grader", så varje temperatur uttrycks som det numeriska värdet plus enheten, kallad "Kelvin".

Fram till nu har absolut noll inte uppnåtts, men forskare har närmat sig tillräckligt.

I laboratorierna som är specialiserade på låga temperaturer har de faktiskt lyckats kyla natriumprover till 700 nanokelvin eller 700 x 1010^-9 Kelvin. Å andra sidan, mot den andra änden av skalan, är det känt att en kärnkraftsexplosion kan generera temperaturer på 100 eller fler miljoner Kelvin.

Varje Kelvin motsvarar 1/273.16 delar av trippelvattentemperaturen. Vid denna temperatur är de tre vattenfaserna i balans.

Kelvin Scale och Celsius och Fahrenheit skalor

Förhållandet mellan Kelvin- och Celsius -skalorna är -Dedandando 273.16 till 273-:

T_K = T_ºC + 273

På liknande sätt erhålls en relation mellan Kelvin- och Fahrenheit -skalorna:

T_K = 5 (t_ºF + 459.4)/9

Rankinskala

Rankine-skalan föreslogs av William Rankine, en ingenjör född i Skottland (1820-1872). Pioneer of the Industrial Revolution gjorde stora bidrag till termodynamik. 1859 föreslog han en absolut temperaturskala och ställde noll till −459,67 ° F.

På denna skala är storleken på graderna densamma som på Fahrenheit -skalan. Rankine -skalan betecknas som R och som med Kelvin -skalan kallas inte dess värden grader, utan Rankine.

Kan tjäna dig: ömsesidig induktans: formel/koefficient, applikationer, övningar

Således:

0 k = 0 r = −459,67 ° F = - 273.15 ºC

Kort sagt, här är de nödvändiga omvandlingarna för att gå till Rankine -skalan från någon av de redan beskrivna:

Rankine temperaturskala omvandlingar. Källa: f. Zapata.

Réaumur

En annan temperaturskala som tidigare använts är Réaumur -skalan, som betecknas som grader eller ºR. Det är för närvarande i användning, även om det användes mycket i Europa tills det förflyttades av Celsius -skalan.

Det skapades av René-Antoine Ferchault de Réaumur (1683-1757) runt 1731. Dess referenser är: 0 ° R för fryspunkten för vattnet och 80 ° R för kokpunkten.

Som man kan se sammanfaller det med Celsius -skalan i noll, men naturligtvis inte i andra värden. Det är relaterat till Celsius -skalan genom:

T_ºR= (4/5) T_ºC

Det finns också andra 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

Löst övningar

Övning 1

Hitta det numeriska värdet som Celsius -skalan sammanfaller med Fahrenheit -skalan.

Lösning

Som vi har sett i de tidigare avsnitten sammanfaller dessa skalor inte, eftersom referenspunkterna är olika; Men det är möjligt att hitta ett värde x, så att den representerar samma temperatur på båda skalorna. Därför tas ekvationen:

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

Och eftersom temperaturen måste sammanfalla, då T_ºC  = T_ºF = x, Det följer att:

x = (5x - 160)/9

9x = 5x -160

4x = -160

x = - 40

När T_ºC  = -40 ºC, också T_ºF = -40 ºF

Övning 2

Ångan som kommer ut ur en panna är vid en temperatur på 610 ºR. Hitta temperaturen i grader Fahrenheit och i grader Celsius.

Lösning

De ekvivalenser som finns i avsnittet av Réaumur -skalan används därför: T_ºC=(5/4) T_ºR = (5/4). 610 º C = 762.5 ºC.

Du kan vända detta värde som har visat sig flytta till grader Fahrenheit, eller använda en annan av de ovannämnda omvandlingarna:

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

Eller denna andra, som ger samma resultat: T_ºR = (4/9)(T_ºF - 32)

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

Sammanfattning av omvandlingar

Sammanfattningsvis underlättar följande tabell omvandlingar för alla beskrivna skalor:

Konverteringsrutan för temperaturskalor. Källa: f. Zapata.

Referenser

1. Temperaturskalor. Återhämtat sig från: Thales.Cica.är.
2. Riddare, r.  2017. Fysik för forskare och teknik: En strategistrategi. Pearson.
3. Tillery, b. 2012. Fysiologi. McGraw Hill.
4. Wikipedia. Celsius. Återhämtad från: är.Wikipedia.org
5. Wikipedia. Fahrenheit. Återhämtad från: är.Wikipedia.org.
6. Wikipedia. Rankin. Återhämtad från: är.Wikipedia.org.