TERMOMETRISKĀS SKALAS: FORMULAS, PIEMĒRI, ATRISINĀTI VINGRINĀJUMI - FIZISKĀ - 2025

Par Termometriskās svari ir tie, ko izmanto, mērot temperatūru, lielumu skalu, ko izmanto, lai aprēķinātu siltuma enerģiju no sistēmas. Temperatūras mērīšanai izmantotajā ierīcē, tas ir, termometrā, jāiekļauj skala, lai varētu nolasīt vērtību.

Lai izveidotu atbilstošu skalu, jums jāņem divi atskaites punkti un jāsadala starp tiem intervāls. Šīs dalīšanas sauc par grādiem. Tādā veidā mēramā objekta temperatūra, kas var būt kafijas, vannas vai ķermeņa temperatūra, tiek salīdzināta ar atsauci, kas marķēta uz instrumenta.

1. attēls. Termometrs, graduēts pēc Celsija skalas. Avots: Pixabay.

Visbiežāk izmantotās temperatūras skalas ir Celsija, Fārenheita, Kelvina un Rankīna skalas. Visi ir vienlīdz piemēroti temperatūras mērīšanai, jo punkti, kas izvēlēti kā atskaites punkti, ir patvaļīgi.

Gan pēc Celsija skalas, gan pēc Fārenheita skalas skalas nulle nenorāda uz temperatūras neesamību. Šī iemesla dēļ tie ir relatīvi svari. No otras puses, Kelvina skalai un Rankine skalai 0 apzīmē molekulārās aktivitātes pārtraukšanu, tāpēc tos uzskata par absolūtiem svariem.

Pēc Celsija skalas

Šo skalu izgudroja 18. gadsimta zviedru astronoms Anders C. Celsius (1701–1744) ap 1735. gadu. Ļoti intuitīvi šī skala izmanto ūdens sasalšanas un viršanas temperatūru normālā atmosfēras spiedienā (1 atm). kā atskaites punkti.

Ūdens ir universāla viela, kas tam ir ļoti piemērota, un tā vērtības ir viegli iegūstamas laboratorijā.

Pēc Celsija skalas ūdens sasalšanas temperatūra ir tāda, kas atbilst 0 ° C un viršanas temperatūrai līdz 100 ° C, lai gan sākotnēji Celsijs tos bija ierosinājis otrādi, un vēlāk kārtība tika mainīta. Starp šīm divām atsauces vērtībām ir 100 identiski dalījumi, tāpēc to dažreiz dēvē par simtkārtu skalu.

Līdzvērtības

Lai noteiktu līdzvērtību starp Celsija grādiem un citām temperatūras skalām, jāņem vērā divi aspekti:

- Saistība starp Celsija skalas un otru skalu ir lineāra, tāpēc tā ir šāda:

y = mx + b

-Jums jāzina abu līmeņu atskaites punkti.

Piemērs: līdzvērtība starp Celsija un Fārenheita skalām

Ļaujiet T _{° C} temperatūrai pēc Celsija skalas un T _{° F} temperatūrai pēc Fārenheita skalas, tāpēc:

Ir zināms, ka 0ºC = 32ºF un 100ºC = 212ºF. Aizstājam šīs vērtības iepriekšējā vienādojumā un iegūstam:

Šī ir divu lineāru vienādojumu sistēma ar diviem nezināmiem, ko var atrisināt ar jebkuru no zināmajām metodēm. Piemēram, samazinot:

________________

Zinot m, mēs iegūstam b ar aizstāšanu:

Tagad mēs pievienojam m un b vērtības mūsu ekvivalences vienādojumā, lai iegūtu:

T _{° C} = (5/9). T _ºF - (160/9) = (5T _ºF -160) / 9

Līdzvērtīgi: T _{° C} = (5/9). (T _ºF - 32)

Šajā vienādojumā iet grādi pēc Fārenheita grādos pēc Celsija tieši, vienkārši ierakstot vērtību, kur T _ºF parādās .

Piemērs: līdzvērtība starp Celsija un Kelvina skalas

Ir veikti daudzi eksperimenti, lai mēģinātu izmērīt absolūto temperatūras nulli, tas ir, vērtību, kurai gāzē pazūd visa molekulārā aktivitāte. Šī temperatūra ir tuvu -273 ºC.

Ļaujiet T _K temperatūrai kelvinos - šajā skalā vārdu “grāds” neizmanto, ekvivalence ir šāda:

Tas ir, skalas atšķiras ar to, ka Kelvina skalai nav negatīvu vērtību. Celsija un Fārenheita attiecībās līnijas slīpums ir vienāds ar 5/9, un šajā gadījumā tas ir vienāds ar 1.

Kelvins un grādi pēc Celsija ir vienādi, tikai ka Kelvina skala, kā redzams no iepriekšminētā, neietver negatīvas temperatūras vērtības.

Fārenheita skala

Daniels Fahrenheits (1686–1736) bija poļu izcelsmes vācu izcelsmes fiziķis. Ap 1715. gadu Fārenheits izgatavoja termometru ar skalu, pamatojoties uz diviem patvaļīgi izvēlētiem atskaites punktiem. Kopš tā laika tas tiek plaši izmantots angliski runājošās valstīs.

Sākotnēji Fahrenheits izvēlējās ledus un sāls maisījuma temperatūru zemākajam iestatītajam punktam un uzstādīja to uz 0 °. Otram punktam viņš izvēlējās cilvēka ķermeņa temperatūru un uzstādīja to uz 100 grādiem.

Nepārsteidzoši, ka viņam bija zināmas grūtības noteikt, kāda ir “normāla” ķermeņa temperatūra, jo tā mainās visu dienu vai dienu no dienas, ja cilvēks nav obligāti slims.

Izrādās, ka ir pilnīgi veseli cilvēki ar ķermeņa temperatūru 99,1ºF, bet citiem ir normāli, ja temperatūra ir 98,6ºF. Pēdējā ir vidējā vērtība vispārējiem iedzīvotājiem.

Tātad Fārenheita skalas atskaites punktiem bija jāmainās ūdens sasalšanas punktam, kas tika iestatīts uz 32ºF un viršanas temperatūru pie 212ºF. Visbeidzot, skala tika sadalīta 180 vienādos intervālos.

Konvertēt Fārenheita grādus uz grādiem pēc Celsija

No iepriekš parādītā vienādojuma izriet, ka:

Tādā pašā veidā mēs to varam uzskatīt šādi: Celsija skalai ir 100 grādi, bet Fārenheita skalai ir 180 grādi. Tātad katram pieaugumam vai pazeminājumam par 1 ºC ir pieaugums vai samazinājums par 1,8 ºF = (9/5) ºF

Piemērs

Izmantojot iepriekšējos vienādojumus, atrodiet formulu, kas ļauj pāriet no Fārenheita līdz Kelvina skalai:

Zinot, ka: T _ºC = T _K - 273 un aizstājot jau izsecinātajā vienādojumā, mums ir:

T _ºC = T _K - 273

Tāpēc: T _ºF = (9/5) (T _K - 273) + 32 = (9/5) T _K - 459,4

Kelvina skala

Viljams Thomsons (1824–1907), lords Kelvins, ierosināja skalu bez patvaļīgiem atskaites punktiem. Šī ir absolūtā temperatūras skala, kurai ir viņa vārds, kas ierosināta 1892. gadā. Tai nav negatīvu temperatūras vērtību, jo absolūtā 0 ir zemākā iespējamā temperatūra.

0 K temperatūrā jebkura molekulu kustība ir pilnībā apstājusies. Šī ir Starptautiskās sistēmas (SI) skala, lai gan Celsija skala tiek uzskatīta arī par papildierīci. Atcerieties, ka Kelvina skalā neizmanto "grādus", tāpēc jebkura temperatūra tiek izteikta kā skaitliskā vērtība plus vienība, ko sauc par "kelvinu".

Pagaidām nav bijis iespējams sasniegt absolūto nulli, taču zinātnieki to ir ieguvuši diezgan tuvu.

Patiešām, laboratorijās, kas specializējas zemā temperatūrā, viņiem ir izdevies atdzesēt nātrija paraugus līdz 700 nanokelvin vai 700 x 1010 ^-9 kelviniem. No otras puses, skalas otrā galā ir zināms, ka kodolsprādziens var radīt 100 vai vairāk miljonu kelvinu temperatūru.

Katrs kelvins atbilst 1 / 273.16 daļām ūdens trīskāršā punkta temperatūras. Šajā temperatūrā trīs ūdens fāzes atrodas līdzsvarā.

Kelvina skala un Celsija un Fārenheita skalas

Attiecības starp Kelvina un Celsija skalas ir no 273,16 līdz 273:

Līdzīgi, aizstājot, tiek iegūta saistība starp Kelvina un Fārenheita skalām:

Rankine skala

Rankine skalu ierosināja William Rankine, Skotijā dzimis inženieris (1820-1872). Viņš bija rūpnieciskās revolūcijas pionieris, kurš ļoti sekmēja termodinamiku. 1859. gadā viņš ierosināja absolūtu temperatūras skalu, iestatot nulli pie –459,67 ° F.

Šajā skalā grādu lielums ir tāds pats kā Fārenheita skalā. Rankine skala tiek apzīmēta kā R un tāpat kā Kelvina skalā tās vērtības netiek sauktas par grādiem, bet drīzāk par rankine.

Tādējādi:

0 K = 0 R = −459,67 ° F = - 273,15 ºC

Rezumējot, šeit ir minētie reklāmguvumi, lai pārietu uz Rankine skalu no jebkura jau aprakstītā:

2. attēls. Rankīna temperatūras skalas konvertēšana. Avots: F. Zapata.

Rēumūra skala

Vēl viena iepriekš izmantota temperatūras skala ir Rēumūra skala, ko apzīmē kā grādus vai ºR. Pašlaik to neizmanto, lai arī Eiropā to plaši izmantoja, līdz to pārcēla pēc Celsija skalas.

To izveidoja René-Antoine Ferchault de Réaumur (1683-1757) ap 1731. gadu. Tās atsauces ir: 0 ° R ūdens sasalšanas temperatūrai un 80 ° R viršanas temperatūrai.

Kā redzams, tas sakrīt ar Celsija skalu pie nulles, bet noteikti ne ar citām vērtībām. Tas ir saistīts ar simtlatnieku skalu:

Un tā kā temperatūrām jāsakrīt, tad T _ºC = T _ºF = x, no tā izriet, ka:

Kad T _ºC = -40 ºC, arī T _ºF = -40 ºF

2. vingrinājums

Tvaika, kas iznāk no katla, temperatūra ir 610 ºR. Atrodiet temperatūru Fārenheita grādos un Celsija grādos.

Risinājums

Tāpēc tiek izmantotas Réaumur skalas sadaļā atrastās ekvivalences: T _ºC = (5/4) T _ºR = (5/4). 610 ° C = 762,5 ° C.

Pēc tam šo konvertēto vērtību var konvertēt uz Fārenheita grādiem vai izmantot citu no minētajiem reklāmguvumiem:

Vai arī tas cits, kas dod tādu pašu rezultātu: T _ºR = (4/9) (T _ºF - 32)

Tas ir atrisināts: T _ºF = (9/4) T _ºR + 32 = (9/4) 610 + 32 ºF = 1404,5 ºF.

Reklāmguvumu kopsavilkums

Rezumējot, šī tabula sniedz visu aprakstīto mērogu konvertēšanu:

3. attēls. Temperatūras skalas pārrēķinu tabula. Avots: F. Zapata.

Atsauces

1. Temperatūras svari. Atgūts no: thales.cica.es.
2. Knight, R. 2017. Fizika zinātniekiem un inženierija: stratēģijas pieeja. Pīrsons.
3. Tillery, B. 2012. Fiziskā zinātne. Makgreiva kalns.
4. Wikipedia. Celsija grāds. Atgūts no: es.wikipedia.org
5. Wikipedia. Fārenheita grāds. Atgūts no: es.wikipedia.org.
6. Wikipedia. Rankine. Atgūts no: es.wikipedia.org.