Hőmérséklet-skálák: Celsius, Fahrenheit, Kelvin és Rankine

A hőmérséklet az anyag olyan tulajdonsága, amely az azt alkotó részecskék belső mozgását reprezentálja. A méréshez használt műszer a hőmérő.

A manapság leggyakrabban használt hőmérsékleti skálák a következők:

• Celsius vagy Celsius-skála (ºC)
• Fahrenheit skála (ºF)
• Kelvin-skála (K)

Van egy negyedik skála, a Rankine-skála, amely használaton kívül van. Minden skála bizonyos jelenségeken vagy fix pontokon alapul, amelyek a mérési tartomány és fokok meghatározását szolgálták. Például a Celsius-skálát a víz olvadáspontja és forráspontja alapján határozták meg.

Az abszolút nulla a mérhető leghidegebb hőmérséklet. Ez azért történik, mert a részecskék sebessége vagy mozgási energiája nullává válik, vagyis a részecskék leállnak.

Az abszolút nulla ekvivalenciái a különböző skálákban a következők:

• Celsius: -273 ºC
• Fahrenheit: -459,7 ºF
• Kelvin: 0K

Fahrenheit skála

A Fahrenheit-skála többek között az Egyesült Államokban, Libériában és a Bahamákon használt hőmérsékleti skála. Szimbóluma °F, és Fahrenheit-fokban olvasható.

Daniel Fahrenheit (1686-1736) fizikus 1724-ben írta le a nevét viselő skálát. Két rögzített ponton alapul: azon a hőmérsékleten, amelyen a víz megfagy (32ºF) és azon a hőmérsékleten, amelyen a víz forr (212ºF). A két pont közötti különbség 180 fok, tehát minden fok 1/180-at jelent.

Eredetileg a Fahrenheit három fix pont alapján fogalmazta meg a skálát: a legmagasabb pont az emberi test hőmérséklete volt (96ºF), a A középső pont a jég és víz keverékének hőmérséklete (32ºF), a legalacsonyabb pont pedig egyenlő arányban jég, só és víz (0ºF).

A Fahrenheit-fok Celsius-fokról való konvertálásához a következő képletet kell használni:

Hőmérséklet Fahrenheit-fokban = (9/5 hőmérséklet Celsius-fokban) + 32

Azaz: a Fahrenheit-fokban mért hőmérséklet egyenlő a Celsius-fokban mért hőmérséklet kilencötödével plusz 32-vel. Például, ha át akarjuk alakítani a szobahőmérsékletet 23 ºC-ról ºF-re, akkor a következőket tegyük:

TºF=9/5 x (23 ºC) + 32= 41,4 +32= 73,4 ºF.

Tehát 23 ºC egyenlő 73,4 ºF-rel. A Fahrenheit-skála és a Celsius-skála -40º-nál metszik egymást, azaz -40ºC egyenlő -40ºF-mal.

Celsius vagy Celsius-skála

A Celsius-skála a világ legszélesebb körben használt hőmérsékleti skála. Szimbóluma ºC, és Celsius-fokban vagy Celsius-fokban olvasható.

1742-ben Anders Celsius (1701-1744) svéd csillagász két fix pontot javasolt a skálájának elkészítéséhez. hőmérséklet: a jég olvadáspontja 0 ºC, a víz forráspontja 100 °C

A Celsius-skála és a Kelvin-skála a következő képlettel függ össze:

Hőmérséklet Celsius-fokban (ºC) = hőmérséklet Kelvinben (K) - 273,15

Például 300 K-t szeretnénk átváltani Celsius-fokra. Ehhez 300 K-ból kivonjuk a 273,15-öt:

TºC=300K-273,15=26,85ºC

Vagyis a 300K 26,85 ºC.

Kelvin skála

A kelvin a hőmérséklet mértékegysége a nemzetközi rendszerben, és a leggyakrabban használt tudományos összefüggésben. Szimbóluma K és kelvin. Például a napkorona hőmérséklete 1 millió kelvin, míg a Nap belsejében 10 millió kelvin.

A kelvin meghatározásához tudnunk kell, hogy a víz hármaspontja az a pont, ahol a víz három halmazállapotában található: folyékony, szilárd és gáz.

Ezt a hőmérsékletet 273,16 K-ben állapították meg nemzetközi megállapodás alapján 1954-ben. Ezért a kelvin a víz hármaspontja termodinamikai hőmérsékletének 1/273,16-os része.

A Kelvin-skála az egyetlen, amely termodinamikai elveken alapul, és nem egy bizonyos anyag viselkedésén.

William Thomson (1824-1907), Lord Kelvin néven ismert, úttörő szerepet játszott az abszolút hőmérséklet termodinamikai értelemben. Ragaszkodott ahhoz, hogy az abszolút hőmérséklet fogalmát semmilyen tulajdonsághoz nem szabad kötni egy adott anyagból, és ennek a hőmérsékletnek fizikai mennyiségnek kell lennie mérhető.

Rankine skála

A Rankine-skála egy termodinamikai hőmérséklet, amelynek szimbóluma ºR, és a rangin fokot jelenti. Ezt a nevet William Rankine mérnök és fizikus kapta, aki 1859-ben javasolta.

A Rankine-skála a fokot használja, mint a Fahrenheit-fok, de az abszolút nullától mérik, mint a Kelvin-skála. Ez a skála jelenleg elavult.

Átváltási képletek a hőmérsékleti skálák között

Az egyes hőmérsékleti skálák közötti összefüggések ismeretében a megfelelő átváltásokat a következő képletekkel végezhetjük el:

ºC-tól kezdve	K-től kezdve	°F-ben kezdődik	ºR-től
ºC-on	-	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
°F hőmérsékleten	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	-

Érdekelheti a következőket is:

• Különbség a hő és a hőmérséklet között
• Vezetés, konvekció és sugárzás
• Az anyag állapota és tulajdonságai

Hivatkozások

Machin, G. (2017) 4. fejezet Hőmérsékleti skálák: múlt, jelen és jövő: 1700-2050. In: Cooper M, Grozler J. Pontos méretek Az egységek története 1791-2018 között. IOP Publishing

Hőmérséklet és hőmérő skálák. In: Slavat, J (rendező) (1988) Salvat Encyclopedia of Science and Technology- 13. kötet. Salvat szerkesztői. Barcelona, ​​Spanyolország.

Zayn, S. (2021) Termodinamika és statisztikai mechanika. IOP Publishing.