เครื่องวัดอุณหภูมิ: เซลเซียส, ฟาเรนไฮต์, เคลวินและแรงคิน

อุณหภูมิเป็นคุณสมบัติของสสารที่แสดงถึงการเคลื่อนที่ภายในของอนุภาคที่ประกอบขึ้นเป็นมัน เครื่องมือที่ใช้วัดคือเทอร์โมมิเตอร์

เครื่องวัดอุณหภูมิที่ใช้กันมากที่สุดในปัจจุบันคือ:

• สเกลเซลเซียสหรือเซนติเกรด (ºC)
• มาตราส่วนฟาเรนไฮต์ (ºF)
• ระดับเคลวิน (K)

มีสเกลที่สี่ คือ สเกลแรงคิน ซึ่งเลิกใช้แล้ว แต่ละมาตราส่วนจะขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์บางอย่างหรือจุดคงที่ ซึ่งทำหน้าที่กำหนดช่วงและองศาของการวัด ตัวอย่างเช่น มาตราส่วนเซลเซียสถูกกำหนดจากจุดหลอมเหลวและจุดเดือดของน้ำ

ศูนย์สัมบูรณ์คืออุณหภูมิที่เย็นที่สุดที่สามารถบันทึกได้ สิ่งนี้เกิดขึ้นเพราะความเร็วของอนุภาคหรือพลังงานจลน์กลายเป็นศูนย์ นั่นคือ อนุภาคหยุดนิ่ง

ความสมมูลของศูนย์สัมบูรณ์ในระดับต่างๆ ได้แก่

• เซลเซียส: -273ºC
• ฟาเรนไฮต์: -459.7ºF
• เคลวิน: 0K

มาตราส่วนฟาเรนไฮต์

มาตราส่วนฟาเรนไฮต์คือมาตราส่วนอุณหภูมิที่ใช้ในสหรัฐอเมริกา ไลบีเรีย และบาฮามาส เป็นต้น สัญลักษณ์ของมันคือ °F และอ่านเป็นองศาฟาเรนไฮต์

นักฟิสิกส์ Daniel Fahrenheit (1686-1736) อธิบายมาตราส่วนที่มีชื่อของเขาในปี 1724 ขึ้นอยู่กับจุดคงที่สองจุด: อุณหภูมิที่น้ำค้าง (32ºF) และอุณหภูมิที่น้ำเดือด (212ºF) ความแตกต่างระหว่างจุดสองจุดนี้คือ 180 องศา ดังนั้นแต่ละองศาจึงแทน 1/180

ในขั้นต้น ฟาเรนไฮต์กำหนดมาตราส่วนโดยใช้จุดคงที่สามจุด: จุดสูงสุดคืออุณหภูมิของร่างกายมนุษย์ (96ºF) จุดกลางคืออุณหภูมิของส่วนผสมของน้ำแข็งและน้ำ (32ºF) และจุดต่ำสุดคืออุณหภูมิของส่วนผสมของน้ำแข็ง เกลือ และส่วนที่เท่ากัน น้ำ (0ºF)

ในการแปลงองศาฟาเรนไฮต์จากองศาเซลเซียสจะใช้สูตรต่อไปนี้:

อุณหภูมิเป็นองศาฟาเรนไฮต์ = (9/5 อุณหภูมิเป็นองศาเซลเซียส) + 32

นั่นคือ อุณหภูมิเป็นองศาฟาเรนไฮต์ เท่ากับเก้าในห้าของอุณหภูมิในหน่วยองศาเซลเซียส บวก 32 ตัวอย่างเช่น หากเราต้องการแปลงอุณหภูมิห้องจาก 23 ºC เป็น ºF ให้ทำดังนี้:

TºF=9/5 x (23 ºC) + 32= 41.4 +32= 73.4 ºF

ดังนั้น 23ºC เท่ากับ 73.4ºF มาตราส่วนฟาเรนไฮต์และมาตราส่วนเซลเซียสตัดกันที่ -40º นั่นคือ -40ºC เท่ากับ -40ºF

สเกลเซลเซียสหรือเซนติเกรด

มาตราส่วนเซลเซียสเป็นมาตราส่วนอุณหภูมิที่ใช้กันอย่างแพร่หลายทั่วโลก สัญลักษณ์ของมันคือ ºC และอ่านได้ว่าเป็นองศาเซลเซียสหรือเซนติเกรด

ในปี ค.ศ. 1742 นักดาราศาสตร์ชาวสวีเดนชื่อ Anders Celsius (1701-1744) ได้เสนอจุดคงที่สองจุดเพื่อสร้างมาตราส่วน อุณหภูมิ: จุดหลอมเหลวของน้ำแข็งจะแสดงเป็น 0 ºC และจุดเดือดของน้ำจะเท่ากับ 100 °C

มาตราส่วนเซลเซียสและมาตราส่วนเคลวินสัมพันธ์กันโดยสูตร:

อุณหภูมิในหน่วยองศาเซลเซียส (ºC) = อุณหภูมิในเคลวิน (K) - 273.15

ตัวอย่างเช่น เราต้องการแปลง 300 K เป็นเซนติเกรด ในการทำเช่นนี้เราลบ 273.15 จาก 300 K:

TºC=300K-273.15= 26.85ºC

นั่นคือ 300K คือ 26.85 ºC

ระดับเคลวิน

เคลวินเป็นหน่วยของอุณหภูมิในระบบสากลและใช้มากที่สุดในบริบททางวิทยาศาสตร์ สัญลักษณ์ของมันคือ K และอ่านว่าเคลวิน ตัวอย่างเช่น โคโรนาสุริยะมีอุณหภูมิ 1 ล้านเคลวิน ในขณะที่ภายในดวงอาทิตย์วัดได้ 10 ล้านเคลวิน

เพื่อกำหนดเคลวิน เราต้องรู้ว่าจุดสามจุดของน้ำคือจุดที่เราสามารถหาน้ำได้ในสถานะสามสถานะ: ของเหลว ของแข็ง และก๊าซ

อุณหภูมินี้ตั้งขึ้นที่ 273.16 K โดยข้อตกลงระหว่างประเทศในปี 1954 ดังนั้นเคลวินจึงถูกกำหนดเป็นเศษส่วน 1/273.16 ของอุณหภูมิทางอุณหพลศาสตร์ของจุดสามจุดของน้ำ

สเกลเคลวินเป็นเพียงสเกลเดียวที่อิงตามหลักการทางอุณหพลศาสตร์ ไม่ใช่ว่าวัสดุบางชนิดมีพฤติกรรมอย่างไร

William Thomson (1824-1907) หรือที่รู้จักในชื่อ Lord Kelvin เป็นผู้บุกเบิกแนวคิดเรื่องอุณหภูมิสัมบูรณ์ในแง่อุณหพลศาสตร์ เขายืนยันว่าแนวคิดของอุณหภูมิสัมบูรณ์ไม่ควรเชื่อมโยงกับคุณสมบัติใด ๆ ของสารใด ๆ โดยเฉพาะ และอุณหภูมินั้นควรเป็นปริมาณทางกายภาพ วัดได้

มาตราส่วนแรงคิน

มาตราส่วนแรงคินคืออุณหภูมิทางอุณหพลศาสตร์ที่มีสัญลักษณ์ ºR และอ่านค่าเป็นองศาแรนกิ้น ได้รับชื่อนี้โดยวิศวกรและนักฟิสิกส์ William Rankine ผู้เสนอชื่อนี้ในปี 1859

มาตราส่วนแรงคินใช้ดีกรีเหมือนองศาฟาเรนไฮต์ แต่วัดจากศูนย์สัมบูรณ์เหมือนสเกลเคลวิน ปัจจุบันเลิกใช้งานมาตราส่วนนี้แล้ว

สูตรการแปลงระหว่างสเกลอุณหภูมิ

เมื่อทราบความสัมพันธ์ระหว่างสเกลอุณหภูมิแต่ละระดับแล้ว เราสามารถแปลงที่สอดคล้องกันตามสูตรต่อไปนี้:

เริ่มต้น ºC	เริ่มจาก K	เริ่มต้นใน °F	จาก ºR
ที่ ºC	-	ตู่ค=TK-273.15	ตู่ค=5/9(TF-32)	ตู่ค=5/9TR-273.15
เอ เค	ที\K=Tc +273	-	ตู่K=5/9(TF+459.67)	ตู่K=5/9TR
ที่ °F	ตู่F=9/5Tค +32	ตู่F=9/5TK-459.67	-	ตู่F=TR-459.67
ºR	ตู่R=9/5Tค+491.67	ตู่R=9/5TK	ตู่R=TF+459.67	-

คุณอาจสนใจที่จะเห็น:

• ความแตกต่างระหว่างความร้อนและอุณหภูมิ
• การนำ การพาความร้อน และการแผ่รังสี
• สถานะของสสารและคุณสมบัติของสสาร

อ้างอิง

มาชิน, จี. (2017) บทที่ 4 มาตราส่วนอุณหภูมิ: อดีตปัจจุบันและอนาคต: 1700-2050 ใน: Cooper M, Grozler J. ขนาดที่แม่นยำ ประวัติของหน่วยจาก 1791-2018. สำนักพิมพ์ IOP

เครื่องชั่งอุณหภูมิและเทอร์โมเมตริก ใน: Slavat, J (ผู้กำกับ) (1988) Salvat Encyclopedia of Science and Technology- เล่มที่ 13 บรรณาธิการ Salvat บาร์เซโลนา ประเทศสเปน

เซน, เอส. (2021) อุณหพลศาสตร์และกลศาสตร์สถิติ. สำนักพิมพ์ไอโอพี