Температурні шкали: Цельсій, Фаренгейт, Кельвін і Ренкін
Температура — це властивість матерії, яка являє собою внутрішній рух частинок, що її утворюють. Приладом для його вимірювання є термометр.
Найбільш часто використовувані температурні шкали сьогодні:
- Цельсійна або стоградусна шкала (ºC)
- Шкала Фаренгейта (ºF)
- Шкала Кельвіна (K)
Існує четверта шкала, шкала Ренкіна, яка не використовується. Кожна шкала базується на певних явищах або фіксованих точках, які слугують для визначення діапазону та ступенів вимірювання. Наприклад, шкала Цельсія була визначена за температурою плавлення та кипіння води.
Абсолютний нуль - це найнижча температура, яку можна зареєструвати. Це відбувається тому, що швидкість частинок або їхня кінетична енергія стає рівною нулю, тобто частинки зупиняються.
Еквівалентами абсолютного нуля в різних масштабах є:
- Цельсій: -273ºC
- Фаренгейт: -459,7ºF
- Кельвін: 0K
Шкала Фаренгейта
Шкала Фаренгейта — це шкала температур, яка використовується серед інших у Сполучених Штатах, Ліберії та на Багамах. Його символом є °F, і він читається в градусах Фаренгейта.
Фізик Даніель Фаренгейт (1686-1736) описав шкалу, яка носить його ім'я, в 1724 році. Він базується на двох фіксованих точках: температурі, при якій вода замерзає (32ºF), і температурі, при якій вода кипить (212ºF). Різниця між цими двома точками становить 180 градусів, тому кожен градус відповідає 1/180.
Спочатку Фаренгейт сформулював шкалу за допомогою трьох фіксованих точок: найвищою точкою була температура людського тіла (96ºF), Середньою точкою була температура суміші льоду та води (32ºF), а найнижчою точкою була температура суміші рівних частин льоду, солі та вода (0ºF).
Щоб перетворити градуси Фаренгейта в градуси Цельсія, використовується така формула:
Температура в градусах Фаренгейта = (9/5 температури в градусах Цельсія) + 32
Тобто: температура в градусах Фаренгейта дорівнює дев'яти п'ятим температури в градусах Цельсія плюс 32. Наприклад, якщо ми хочемо перетворити кімнатну температуру з 23 ºC на ºF, ми зробимо наступне:
TºF=9/5 x (23 ºC) + 32= 41,4 +32= 73,4 ºF.
Отже, 23ºC дорівнює 73,4ºF. Шкала Фаренгейта та шкала Цельсія перетинаються при -40º, тобто -40ºC дорівнює -40ºF.
Цельсійна або стоградусна шкала
Шкала Цельсія є найбільш широко використовуваною шкалою температур у всьому світі. Його символ – ºC і читається в градусах Цельсія або Цельсія.
У 1742 році шведський астроном Андерс Цельсій (1701-1744) запропонував дві фіксовані точки, щоб скласти свою шкалу температура: температура танення льоду становитиме 0 ºC, а температура кипіння води становитиме 100 °C
Шкала Цельсія та шкала Кельвіна пов’язані між собою формулою:
Температура в градусах Цельсія (ºC) = Температура в Кельвінах (K) - 273,15
Наприклад, ми хочемо перетворити 300 K у Цельсій. Для цього ми віднімаємо 273,15 від 300 K:
TºC=300K-273.15= 26.85ºC
Тобто 300 К – це 26,85 ºC.
Шкала Кельвіна
Кельвін є одиницею вимірювання температури в Міжнародній системі, яка найчастіше використовується в науковому контексті. Його символ - K і читається як кельвін. Наприклад, сонячна корона має температуру 1 мільйон кельвінів, а внутрішня частина Сонця має температуру 10 мільйонів кельвінів.
Щоб визначити кельвін, нам потрібно знати, що потрійна точка води — це точка, де ми можемо знайти воду в трьох її станах: рідкому, твердому та газоподібному.
Ця температура була встановлена міжнародною угодою 1954 року як 273,16 К. Отже, кельвін визначається як частка 1/273,16 від термодинамічної температури потрійної точки води.
Шкала Кельвіна є єдиною, що базується на термодинамічних принципах, а не на тому, як поводиться певний матеріал.
Вільям Томсон (1824-1907), відомий як лорд Кельвін, був піонером концепції абсолютної температури в термодинамічних термінах. Він наполягав на тому, що поняття абсолютної температури не повинно бути прив'язане до будь-якої властивості будь-якої конкретної матеріальної речовини, і ця температура має бути фізичною величиною вимірюваний.
Шкала Ренкіна
Шкала Ренкіна - це термодинамічна температура, яка має символ ºR і читається в градусах ранкіна. Цю назву він отримав від інженера і фізика Вільяма Ренкіна, який запропонував його в 1859 році.
Шкала Ранкіна використовує градус, як градус Фаренгейта, але вимірюється від абсолютного нуля, як шкала Кельвіна. Ця шкала наразі не підтримується.
Формули перерахунку між температурними шкалами
Знаючи співвідношення між кожною температурною шкалою, ми можемо зробити відповідні перетворення за такими формулами:
| починаючи ºC | Починаючи від К | Починаючи з °F | Від ºR | |
|---|---|---|---|---|
| при ºC | - | ТC=ТК-273.15 | ТC=5/9(ТФ-32) | ТC=5/9TР-273.15 |
| А К | Т\К=Tc +273 | - | ТК=5/9(ТФ+459.67) | ТК=5/9TР |
| при °F | ТФ=9/5TC +32 | ТФ=9/5TК-459.67 | - | ТФ=ТР-459.67 |
| A ºR | ТР=9/5TC+491.67 | ТР=9/5TК | ТР=ТФ+459.67 | - |
Вам також може бути цікаво побачити:
- Різниця між теплом і температурою
- Провідність, конвекція та випромінювання
- Стани речовини та властивості речовини
Список літератури
Мачин, Г. (2017) Розділ 4 Температурні шкали: минуле, теперішнє та майбутнє: 1700-2050. У: Купер М., Грозлер Дж. Точні розміри Історія одиниць з 1791-2018. IOP Publishing
Температурні та термометричні шкали. В: Slavat, J (директор) (1988) Salvat Encyclopedia of Science and Technology – том 13. Редактори Salvat. Барселона, Іспанія.
Зейн, С. (2021) Термодинаміка та статистична механіка. IOP Publishing.
