Temperatuuriskaalad: Celsius, Fahrenheit, Kelvin ja Rankine
Temperatuur on aine omadus, mis esindab seda moodustavate osakeste sisemist liikumist. Selle mõõtmiseks kasutatav instrument on termomeeter.
Tänapäeval on kõige sagedamini kasutatavad temperatuuriskaalad:
- Celsiuse või Celsiuse kraadi skaala (ºC)
- Fahrenheiti skaala (ºF)
- Kelvini skaala (K)
On olemas neljas skaala, Rankine'i skaala, mis ei ole kasutusel. Iga skaala põhineb teatud nähtustel või fikseeritud punktidel, mis määrasid mõõtmisvahemiku ja -astmed. Näiteks Celsiuse skaala määrati vee sulamis- ja keemistemperatuuri järgi.
Absoluutne null on kõige külmem temperatuur, mida saab registreerida. See juhtub seetõttu, et osakeste kiirus või nende kineetiline energia muutub nulliks, see tähendab, et osakesed peatuvad.
Absoluutse nulli ekvivalendid erinevates skaalades on järgmised:
- Celsiuse järgi: -273ºC
- Fahrenheiti: -459,7 ºF
- Kelvin: 0K
Fahrenheiti skaala
Fahrenheiti skaala on temperatuuriskaala, mida kasutatakse muu hulgas Ameerika Ühendriikides, Libeerias ja Bahama saartel. Selle sümbol on °F ja seda loetakse Fahrenheiti kraadides.
Füüsik Daniel Fahrenheit (1686-1736) kirjeldas tema nime kandvat skaalat 1724. aastal. See põhineb kahel fikseeritud punktil: temperatuur, mille juures vesi külmub (32ºF) ja temperatuur, mille juures vesi keeb (212ºF). Nende kahe punkti erinevus on 180 kraadi, seega on iga kraad 1/180.
Algselt koostas Fahrenheit skaala kolme fikseeritud punkti abil: kõrgeim punkt oli inimkeha temperatuur (96ºF), Keskmine punkt oli jää ja vee segu temperatuur (32ºF) ning madalaim punkt oli võrdsetes osades jää, soola ja segu temperatuur. vesi (0ºF).
Fahrenheiti kraadide teisendamiseks Celsiuse kraadidest kasutatakse järgmist valemit:
Temperatuur Fahrenheiti kraadides = (9/5 temperatuur Celsiuse kraadides) + 32
See tähendab: temperatuur Fahrenheiti kraadides on võrdne üheksa viiendikuga temperatuurist Celsiuse kraadides pluss 32. Näiteks kui tahame teisendada toatemperatuuri 23 ºC-lt ºF, teeme järgmist.
TºF = 9/5 x (23 ºC) + 32 = 41,4 +32 = 73,4 ºF.
Niisiis, 23 ºC võrdub 73,4 ºF. Fahrenheiti skaala ja Celsiuse skaala ristuvad -40º, see tähendab, et -40ºC võrdub -40ºF.
Celsiuse või celsiuse skaala
Celsiuse skaala on maailmas kõige laialdasemalt kasutatav temperatuuriskaala. Selle sümbol on ºC ja seda loetakse Celsiuse või Celsiuse kraadides.
1742. aastal pakkus Rootsi astronoom Anders Celsius (1701-1744) välja kaks fikseeritud punkti, et muuta oma skaala temperatuur: jää sulamistemperatuur oleks 0 ºC ja vee keemistemperatuur oleks 100 °C
Celsiuse skaala ja Kelvini skaala on seotud järgmise valemiga:
Temperatuur Celsiuse kraadides (ºC) = temperatuur kelvinites (K) – 273,15
Näiteks tahame teisendada 300 K kraadidesse. Selleks lahutame 300 K-st 273,15:
TºC=300K–273,15=26,85ºC
See tähendab, et 300K on 26,85 ºC.
Kelvini skaala
Kelvin on rahvusvahelise süsteemi temperatuuriühik ja teaduslikus kontekstis enim kasutatav. Selle sümbol on K ja see on kelvin. Näiteks päikesekrooni temperatuur on 1 miljon kelvinit, Päikese sisemuses aga 10 miljonit kelvinit.
Kelvini defineerimiseks peame teadma, et vee kolmikpunkt on punkt, kus leiame vett kolmes olekus: vedelas, tahkes ja gaasilises olekus.
See temperatuur määrati 1954. aastal rahvusvahelise kokkuleppega 273,16 K. Seega defineeritakse kelvinit vee kolmikpunkti termodünaamilise temperatuuri osana 1/273,16.
Kelvini skaala on ainus, mis põhineb termodünaamilistel põhimõtetel, mitte sellel, kuidas teatud materjal käitub.
William Thomson (1824-1907), tuntud kui Lord Kelvin, oli termodünaamilises mõttes absoluutse temperatuuri kontseptsiooni teerajaja. Ta rõhutas, et absoluutse temperatuuri mõistet ei tohiks siduda ühegi omadusega mis tahes konkreetse materiaalse aine kohta ja see temperatuur peaks olema füüsikaline suurus mõõdetav.
Rankine'i skaala
Rankine'i skaala on termodünaamiline temperatuur, millel on sümbol ºR ja mida loetakse rankin kraadides. Selle nime on saanud insener ja füüsik William Rankine, kes pakkus selle välja 1859. aastal.
Rankine'i skaala kasutab kraadi nagu Fahrenheiti kraadi, kuid seda mõõdetakse absoluutsest nullist nagu Kelvini skaala. See skaala on praegu aegunud.
Teisendusvalemid temperatuuriskaalade vahel
Teades seoseid iga temperatuuriskaala vahel, saame teha vastavad teisendused järgmiste valemite abil:
| alates ºC | Alates K | Alates °F | Alates ºR | |
|---|---|---|---|---|
| ºC juures | - | TC=TK-273.15 | TC=5/9 (TF-32) | TC=5/9TR-273.15 |
| A K | T\K=Tc +273 | - | TK=5/9 (TF+459.67) | TK=5/9TR |
| temperatuuril °F | TF=9/5TC +32 | TF=9/5TK-459.67 | - | TF=TR-459.67 |
| A ºR | TR=9/5TC+491.67 | TR=9/5TK | TR=TF+459.67 | - |
Samuti võite olla huvitatud järgmisest:
- Erinevus kuumuse ja temperatuuri vahel
- Juhtivus, konvektsioon ja kiirgus
- Aine olekud ja aine omadused
Viited
Machin, G. (2017) 4. peatükk Temperatuuriskaalad: minevik, olevik ja tulevik: 1700-2050. In: Cooper M, Grozler J. Täpsed mõõtmed Üksuste ajalugu aastatel 1791-2018. IOP kirjastamine
Temperatuuri- ja termomeetrilised skaalad. In: Slavat, J (direktor) (1988) Salvati teaduse ja tehnoloogia entsüklopeedia- köide 13. Salvati toimetajad. Barcelona, Hispaania.
Zayn, S. (2021) Termodünaamika ja statistiline mehaanika. IOP kirjastamine.
