Thermometrische schalen

Celsius -Scale thermometer

Wat zijn thermometrische schalen?

De Thermometrische schalen Ze zijn die gebruikt bij temperatuurmeting, een scalaire grootte die dient om de thermische energie van een systeem te kwantificeren. Het apparaat dat wordt gebruikt om de temperatuur te meten, dat wil zeggen een thermometer, moet een schaal bevatten om te kunnen lezen.

Om een ​​geschikte schaal te bouwen, moet u twee referentiepunten nemen en het interval tussen hen verdelen. Deze divisies worden graden genoemd. Op deze manier wordt de temperatuur van het te gemeten object vergeleken, wat de temperatuur van koffie, bad- of lichaamstemperatuur kan zijn, waarbij de referentie in het instrument wordt gemarkeerd.

De meest gebruikte temperatuurschalen zijn Celsius, Fahrenheit, Kelvin en Rankine Scales. Allen zijn even geschikt om de temperatuur te meten, omdat de punten die als referentie zijn geselecteerd, willekeurig zijn.

Zowel op de Celsius -schaal als op de Fahrenheit -schaal nul van de schaal duidt niet op de afwezigheid van temperatuur. Om deze reden zijn ze dat relatieve schalen. Aan de andere kant, voor de Kelvin -schaal en de Rankine -schaal, vertegenwoordigt de 0 de beëindiging van de moleculaire activiteit, vandaar dat ze worden beschouwd Absolute schalen.

Celsius -schaal

Klinische digitale thermometer afgestudeerd in graden Celsius. Bron: Simon Schoar/CC BY-S (https: // creativeCommons.Org/licenties/by-sa/2.5)

Deze schaal werd uitgevonden door de Zweedse astronoom van de 18e eeuw Anders C. Celsius (1701-1744), ongeveer 1735. Zeer intuïtief, deze schaal gebruikt het vriespunt en het kookpunt van het water bij normale atmosferische druk (1 atm) als referentiepunten.

Water is hiervoor een zeer geschikte universele substantie en de waarden zijn gemakkelijk te verkrijgen in het laboratorium.

Op de schaal van Celsius is het bevriezingspunt van het water dat overeenkomt met 0 ° C en het kookpunt bij 100 ° C, hoewel Oorspronkelijk Celsius aan het omgekeerde had voorgesteld en later werd de bestelling geïnvesteerd. Tussen deze twee referentiewaarden zijn er 100 identieke divisies, dus het staat soms bekend als Celsius -schaal.

Gelijkwaardigheid

Om een ​​gelijkwaardigheid tussen de graden Celsius en andere temperatuurschalen vast te stellen, moeten rekening worden gehouden met twee aspecten:

• De relatie tussen de Celsius -schaal en de andere schaal is lineair, daarom is de vorm:

y = m.X +B

-U moet de referentiepunten van beide schalen weten.

Voorbeeld: gelijkwaardigheid tussen Celsius en Fahrenheit Scales

Laat T_ºC De temperatuur in Celsius -schaal en T_ºF De temperatuur op de Fahrenheit -schaal, daarom:

T_ºC = m. T_ºF + B

Het is bekend dat 0 ºC = 32 ºF en 100 ºC = 212 ºF. We vervangen deze waarden in de vorige vergelijking en verkrijgen:

Kan u van dienst zijn: warmtecapaciteit

0 = 32m + B

100 = 212M + B

Dit is een systeem van twee lineaire vergelijkingen met twee onbekenden, die kunnen worden opgelost door een van de bekende methoden. Bijvoorbeeld door reductie:

100 = 212M + B

0 = -32m - B

________________

100 = 180m

M = 100/180 = 5/9

Wetenschap M, we verkrijgen B Door vervanging:

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

Nu vervangen we de waarden van M En B In onze vergelijking vergelijking om te verkrijgen:

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

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

Deze vergelijking maakt het mogelijk om Fahrenheit -graden door te geven aan Celsius direct, gewoon door de waarde te schrijven waar T verschijnt_ºF.

Voorbeeld: gelijkwaardigheid tussen Celsius en Kelvin -schalen

Veel experimenten zijn uitgevoerd om te proberen de absolute temperatuur nul te meten, dat wil zeggen de waarde waarvoor alle moleculaire activiteit in een gas verdwijnt. Deze temperatuur is ongeveer -273 ºC.

Zijn T_K De temperatuur in Kelvin -Het woord "graad" voor deze schaal wordt niet gebruikt, de gelijkwaardigheid is:

T_ºC = T_K - 273

Dat wil zeggen, de schalen verschillen in de Kelvin -schaal heeft geen negatieve waarden. In de relatie Celsius - Fahrenheit is de helling van de lijn 5/9 waard en in dit geval is het 1 waard.

Kelvins en Celsius -graden zijn even groot, alleen dat de Kelvin -schaal, zoals uit het bovenstaande is, niet nadenkt over negatieve temperatuurwaarden.

Fahrenheit -schaal

Wandthermometer met hoofdschaal in graden Fahrenheit en secundaire schaal in graden Celsius

Daniel Fahrenheit (1686-1736) was een natuurkundige van Duitse afkomst geboren in Polen. Rond 1715 produceerde Fahrenheit een thermometer met een willekeurig gekozen op referentie gebaseerde schaal. Sindsdien wordt het veel gebruikt in Engelse landen.

Oorspronkelijk koos Fahrenheit de temperatuur van een mengsel van ijs en zout voor het lagere referentiepunt en vestigde het als 0 °. Voor het andere punt koos hij de temperatuur van het menselijk lichaam en stelde het op 100 graden.

Zoals verwacht had hij wat problemen om te bepalen wat de "normale" lichaamstemperatuur is, omdat deze de hele dag door verandert, of van de ene dag naar de andere zonder dat de persoon noodzakelijkerwijs ziek is.

Het blijkt dat er volledig gezonde mensen zijn met 99 lichaamstemperatuur.1 ºF, terwijl het voor anderen normaal is om 98 te hebben.6 ºF. Dit laatste is de gemiddelde waarde voor de algemene bevolking.

Dus de referentiepunten van de Fahrenheit -schaal moesten veranderen voor het vriespunt van het water, dat werd vastgesteld in 32 ºF en het koken in 212 ºF. Ten slotte werd de schaal verdeeld in 180 gelijke intervallen.

Kan u van dienst zijn: Bethelgeuse

Converteer graden Fahrenheit naar graden Celsius

Uit de hierboven getoonde vergelijking volgt het dat:

T_ºF = (9/5) t_ºC + 32

Op dezelfde manier kunnen we het als volgt beschouwen: de Celsius -schaal heeft 100 graden, terwijl de Fahrenheit -schaal 180 graden heeft. Vervolgens is er voor elke toename of afname van 1 ºC een toename of een afname van 1.8 ºF = (9/5) ºF

Voorbeeld

Vind via de bovenstaande vergelijkingen een formule waarmee Fahrenheit -graden op de Kelvin -schaal kunnen worden doorgegeven:

Dat weten: T_ºC = T_K - 273 en het vervangen van de al afgetrokken vergelijking, u hebt:

T_ºC = T_K - 273

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

Kelvin -schaal

Vergelijking van de Celsius- en Kelvin -schalen in een verlichte thermometer. Bron: Celsius_Kelvin_estandar_1954.PNG: Homo Logosderivative Work: Kismalac/CC BY-SA (https: // creativeCommons.Org/licenties/by-sa/3.0)

William Thomson (1824-1907), Lord Kelvin, stelde een schaal voor zonder willekeurige referentiepunten. Dit is de absolute temperatuurschaal die zijn naam draagt, voorgesteld in 1892. Het heeft geen negatieve temperatuurwaarden, omdat de absolute 0 de laagst mogelijke temperatuur is.

Bij de temperatuur van 0 K is elke beweging van de moleculen volledig gestopt. Dit is de schaal van International System (SI), hoewel de Celsius -schaal ook wordt beschouwd als een accessoire -eenheid. Bedenk dat de Kelvin -schaal geen "graden" gebruikt, dus elke temperatuur wordt uitgedrukt als de numerieke waarde plus de eenheid, "Kelvin" genoemd.

Tot nu toe is absolute nul niet bereikt, maar wetenschappers hebben voldoende benaderd.

In de laboratoria die gespecialiseerd zijn in lage temperaturen, zijn ze erin geslaagd om natriummonsters te koelen tot 700 nanokelvin of 700 x 1010^-9 Kelvin. Aan de andere kant, naar het andere uiteinde van de schaal, is het bekend dat een nucleaire explosie temperaturen van 100 of meer miljoenen kelvin kan genereren.

Elke kelvin komt overeen met 1/273.16 delen van de drievoudige watertemperatuur. Bij deze temperatuur zijn de drie fasen van water in evenwicht.

Kelvin Scale en Celsius en Fahrenheit Scales

De relatie tussen de schalen van Kelvin en Celsius is -Dedondeando 273.16 tot 273-:

T_K = T_ºC + 273

Evenzo wordt door vervanging een relatie tussen de schalen van Kelvin en Fahrenheit verkregen:

T_K = 5 (t_ºF + 459.4)/9

Rankine -schaal

De Rankine-schaal werd voorgesteld door William Rankine, een ingenieur geboren in Schotland (1820-1872). Pioneer van de industriële revolutie heeft grote bijdragen geleverd aan de thermodynamica. In 1859 stelde hij een absolute temperatuurschaal voor, die nul instelde op −459,67 ° F.

Op deze schaal is de grootte van de graden hetzelfde als op de Fahrenheit -schaal. De Rankine -schaal wordt aangeduid als R en zoals bij de Kelvin -schaal, worden de waarden geen graden genoemd, maar Rankine.

Kan u van dienst zijn: wederzijdse inductantie: formule/coëfficiënt, toepassingen, oefeningen

Dus:

0 k = 0 r = −459.67 ° F = - 273.15 ºC

Kortom, hier zijn de noodzakelijke conversies om naar de Rankine -schaal te gaan van een van de reeds beschreven:

Rankine temperatuurschaalconversies. Bron: f. Zapata.

Réaumur -schaal

Een andere eerder gebruikte temperatuurschaal is de Réaumur -schaal, die wordt aangeduid als graden of ºR. Het is momenteel in onbruik, hoewel het in Europa veel werd gebruikt totdat het werd verplaatst door de Celsius -schaal.

Het is gemaakt door René-Antoine Ferchault de Réaumur (1683-1757) rond 1731. De referenties zijn: 0 ° R voor het vriespunt van het water en 80 ° R voor het kookpunt.

Zoals te zien is, valt het samen met de Celsius -schaal in nul, maar natuurlijk niet in andere waarden. Het is gerelateerd aan de Celsius -schaal via:

T_ºR= (4/5) T_ºC

Er zijn ook andere equivalenties:

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

Opgeloste oefeningen

Oefening 1

Zoek de numerieke waarde waarin de schaal van Celsius samenvalt met de Fahrenheit -schaal.

Oplossing

Zoals we in de vorige secties hebben gezien, vallen deze schalen niet samen, omdat de referentiepunten verschillend zijn; Het is echter mogelijk om een ​​waarde te vinden X, zodanig dat het op beide schalen dezelfde temperatuur vertegenwoordigt. Daarom wordt de vergelijking genomen:

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

En omdat de temperatuur dan moet samenvallen T_ºC  = T_ºF = x, Het volgt dat:

x = (5x - 160)/9

9x = 5x -160

4x = -160

x = - 40

Wanneer T_ºC  = -40 ºC, Ook T_ºF = -40 ºF

Oefening 2

De stoom die uit een ketel komt, bevindt zich op een temperatuur van 610 ºR. Zoek de temperatuur in graden Fahrenheit en in graden Celsius.

Oplossing

De equivalenties in het gedeelte van de Réaumur -schaal worden daarom gebruikt: T_ºC=(5/4) T_ºR = (5/4). 610 º C = 762.5 ºC.

U kunt deze waarde vinden die wordt gevonden om naar Graden Fahrenheit te gaan, of een andere van de bovengenoemde conversies gebruiken:

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

Of deze andere, die hetzelfde resultaat geeft: T_ºR = (4/9)(T_ºF - 32)

Het wist: T_ºF = (9/4) t_ºR + 32 = (9/4) 610 + 32 ºF = 1404.5 ºF.

Samenvatting van conversies

Samenvattend vergemakkelijkt de volgende tabel conversies voor alle beschreven schalen:

Conversiesbox voor temperatuurschalen. Bron: f. Zapata.

Referenties

1. Temperatuurschalen. Hersteld van: thales.CICA.is.
2. Ridder, r.  2017. Fysica voor wetenschappers en engineering: een strategiebenadering. Pearson.
3. Tillery, B. 2012. Lichamelijke wetenschap. McGraw Hill.
4. Wikipedia. Celsius Grade. Hersteld van: is.Wikipedia.borg
5. Wikipedia. Fahrenheit Grade. Hersteld van: is.Wikipedia.borg.
6. Wikipedia. Rankine. Hersteld van: is.Wikipedia.borg.