Skale temperatury: Celsjusz, Fahrenheit, Kelvin i Rankine

Temperatura jest właściwością materii, która reprezentuje wewnętrzny ruch tworzących ją cząstek. Instrumentem używanym do jego pomiaru jest termometr.

Obecnie najczęściej używane skale temperatury to:

• Skala Celsjusza lub Celsjusza (ºC)
• Skala Fahrenheita (ºF)
• Skala Kelvina (K)

Istnieje czwarta skala, skala Rankine'a, która jest nieużywana. Każda skala opiera się na pewnych zjawiskach lub stałych punktach, które posłużyły do ​​określenia zakresu i stopnia pomiaru. Na przykład skala Celsjusza została zdefiniowana na podstawie temperatury topnienia i temperatury wrzenia wody.

Zero bezwzględne to najniższa temperatura, jaką można zarejestrować. Dzieje się tak, ponieważ prędkość cząstek lub ich energia kinetyczna staje się zerowa, to znaczy cząstki zatrzymują się.

Odpowiedniki zera absolutnego w różnych skalach to:

• Celsjusza: -273ºC
• Fahrenheita: -459,7ºF
• Kelwin: 0K

Skala Fahrenheita

Skala Fahrenheita to skala temperatury stosowana między innymi w Stanach Zjednoczonych, Liberii i na Bahamach. Jego symbolem jest °F i jest odczytywany w stopniach Fahrenheita.

Fizyk Daniel Fahrenheit (1686-1736) opisał skalę, która nosi jego imię w 1724 roku. Opiera się na dwóch stałych punktach: temperaturze zamarzania wody (32ºF) i temperaturze wrzenia wody (212ºF). Różnica między tymi dwoma punktami wynosi 180 stopni, więc każdy stopień reprezentuje 1/180.

Pierwotnie Fahrenheit sformułował skalę przy użyciu trzech stałych punktów: najwyższym punktem była temperatura ludzkiego ciała (96ºF), temperatura Punktem środkowym była temperatura mieszaniny lodu i wody (32ºF), a najniższym temperatura mieszaniny równych części lodu, soli i woda (0ºF).

Do przeliczania stopni Fahrenheita ze stopni Celsjusza stosuje się następujący wzór:

Temperatura w stopniach Fahrenheita = (9/5 temperatura w stopniach Celsjusza) + 32

Oznacza to, że temperatura w stopniach Fahrenheita jest równa dziewięciu piątym temperatury w stopniach Celsjusza plus 32. Na przykład, jeśli chcemy przekonwertować temperaturę pokojową z 23 ºC na ºF, wykonujemy następujące czynności:

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

Zatem 23ºC jest równe 73,4ºF. Skala Fahrenheita i skala Celsjusza przecinają się przy -40º, czyli -40ºC jest równe -40ºF.

Skala Celsjusza lub Celsjusza

Skala Celsjusza jest najczęściej stosowaną skalą temperatury na świecie. Jego symbolem jest ºC, a odczytuje się stopnie Celsjusza lub Celsjusza.

W 1742 roku szwedzki astronom Anders Celsius (1701-1744) zaproponował dwa stałe punkty, aby jego skala wynosiła temperatura: temperatura topnienia lodu odpowiadałaby 0 ºC, a temperatura wrzenia wody wynosiłaby 100 °C

Skala Celsjusza i skala Kelvina są powiązane wzorem:

Temperatura w stopniach Celsjusza (ºC) = Temperatura w Kelwinach (K) – 273,15

Na przykład chcemy przekonwertować 300 K na Celsjusza. W tym celu odejmujemy 273,15 od 300 K:

TºC=300K-273,15=26,85ºC

Oznacza to, że 300K to 26,85 ºC.

Skala Kelvina

Kelwin jest jednostką temperatury w systemie międzynarodowym i jest najczęściej używany w kontekście naukowym. Jego symbolem jest K, a odczytuje się go w kelwinach. Na przykład korona słoneczna ma temperaturę 1 miliona kelwinów, podczas gdy wnętrze Słońca mierzy 10 milionów kelwinów.

Aby zdefiniować kelwin, musimy wiedzieć, że punkt potrójny wody to punkt, w którym możemy znaleźć wodę w jej trzech stanach: ciekłym, stałym i gazowym.

Temperatura ta została ustalona na 273,16 K na mocy porozumienia międzynarodowego w 1954 roku. Stąd kelwin definiuje się jako ułamek 1/273,16 temperatury termodynamicznej punktu potrójnego wody.

Skala Kelvina jest jedyną opartą na zasadach termodynamicznych, a nie na tym, jak zachowuje się określony materiał.

William Thomson (1824-1907), znany jako Lord Kelvin, był pionierem koncepcji temperatury absolutnej w kategoriach termodynamicznych. Nalegał, aby pojęcie temperatury bezwzględnej nie było powiązane z żadną właściwością jakiejkolwiek konkretnej substancji materialnej, a temperatura ta powinna być wielkością fizyczną wymierny.

Skala Rankine'a

Skala Rankine'a to temperatura termodynamiczna, która ma symbol ºR i jest odczytywana w stopniach rangi. Otrzymuje tę nazwę od inżyniera i fizyka Williama Rankine'a, który zaproponował ją w 1859 roku.

Skala Rankine'a używa stopnia jak stopień Fahrenheita, ale jest mierzona od zera bezwzględnego jak skala Kelvina. Ta skala jest obecnie przestarzała.

Wzory konwersji między skalami temperatury

Znając zależności między poszczególnymi skalami temperatury, możemy dokonać odpowiednich przeliczeń według następujących wzorów:

zaczynając od ºC	Zaczynając od K	Zaczyna się w ° F	Od ºR
w ºC	-	TC=TK-273.15	TC=5/9(TF-32)	TC=5/9TR-273.15
K	T\K=Tc +273	-	TK=5/9(TF+459.67)	TK=5/9TR
w ° F	TF=9/5TC +32	TF=9/5TK-459.67	-	TF=TR-459.67
ºR	TR=9/5TC+491.67	TR=9/5TK	TR=TF+459.67	-

Możesz być również zainteresowany zobaczeniem:

• Różnica między ciepłem a temperaturą
• Przewodzenie, konwekcja i promieniowanie
• Stany materii i własności materii

Bibliografia

Machin, G. (2017) Rozdział 4 Skale temperatur: przeszłość, teraźniejszość i przyszłość: 1700-2050. W: Cooper M, Grozler J. Precyzyjne wymiary Historia jednostek z lat 1791-2018. Publikowanie IOP

Wagi temperaturowe i termometryczne. W: Slavat, J (reżyser) (1988) Salvat Encyclopedia of Science and Technology – tom 13. Redaktorzy Salvata. Barcelona, ​​Hiszpania.

Zayna, S. (2021) Termodynamika i mechanika statystyczna. Publikowanie IOP.