TERMOMETRISKE SKALAER: FORMLER, EKSEMPLER, LØSTE ØVELSER - FYSISK - 2026

De termometriske skalaene er de som brukes ved måling av temperatur, størrelsesskala som brukes til å kvantifisere den termiske energien til et system. Enheten som brukes til å måle temperatur, det vil si et termometer, må ha en skala for å kunne ta avlesningen.

For å konstruere en passende skala, må du ta to referansepunkter og dele intervallet mellom dem. Disse divisjonene kalles grader. På denne måten blir temperaturen på objektet som skal måles, som kan være temperaturen på kaffen, badet eller kroppstemperaturen, sammenlignet med referansen som er merket på instrumentet.

Figur 1. Termometer gradert i Celsius skala. Kilde: Pixabay.

De mest brukte temperaturskalaene er Celsius, Fahrenheit, Kelvin og Rankine skalaer. Alle er like egnet for måling av temperatur, siden punktene som er valgt som referansepunkt er vilkårlige.

I både Celsius-skalaen og Fahrenheit-skalaen indikerer ikke skalaen på skalaen fravær av temperatur. Av denne grunn er de relative skalaer. På den annen side representerer 0 for Kelvin-skalaen og Rankine-skalaen opphør av molekylær aktivitet, og derfor anses de som absolutte skalaer.

Celsius skala

Denne skalaen ble oppfunnet av det svenske astronomen Anders C. Celsius (1701–1744) på ​​1700-tallet, rundt 1735. Meget intuitivt, denne skalaen bruker frysepunktet og kokepunktet for vann ved normalt atmosfæretrykk (1 atm) som referansepunkter.

Vann er et universelt stoff som er veldig egnet for dette, og dets verdier er enkle å få tak i på laboratoriet.

På Celsius-skalaen er frysepunktet for vann det som tilsvarer 0 ° C og kokepunktet til 100 ° C, selv om Celsius opprinnelig hadde foreslått dem i revers og senere ble rekkefølgen omgjort. Mellom disse to referanseverdiene er det 100 identiske inndelinger, og det er derfor det noen ganger blir referert til som en centigradeskala.

ekvivalenser

For å etablere en ekvivalens mellom grader Celsius og andre temperaturskalaer, må to aspekter tas med i betraktningen:

-Forholdet mellom Celsius-skalaen og den andre skalaen er lineær, derfor er det av formen:

y = mx + b

-Du må kjenne til referansepunktene til begge skalaene.

Eksempel: ekvivalens mellom Celsius- og Fahrenheit-skalaen

La T _{ºC være} temperaturen på Celsius-skalaen og T _ºF temperaturen på Fahrenheit-skalaen, derfor:

Det er kjent at 0ºC = 32ºF og 100ºC = 212ºF. Vi erstatter disse verdiene i forrige ligning og vi oppnår:

Dette er et system med to lineære ligninger med to ukjente, som kan løses ved hvilken som helst av de kjente metodene. For eksempel ved reduksjon:

________________

Når vi kjenner til m, får vi b ved å erstatte:

Nå plugger vi verdiene til m og b i vår ekvivalensligning for å oppnå:

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

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

Denne ligningen lar passere grader Fahrenheit til grader Celsius direkte, bare ved å skrive inn verdien der T _ºF vises .

Eksempel: ekvivalens mellom skalaen Celsius og Kelvin

Det er utført mange eksperimenter for å prøve å måle den absolutte temperaturen null, det vil si verdien som all molekylær aktivitet forsvinner i en gass. Denne temperaturen er nær -273 ºC.

La T _{K være} temperaturen i kelvin - ordet “grad” brukes ikke for denne skalaen, ekvivalensen er:

Det vil si at skalaene er forskjellige på at Kelvin-skalaen ikke har negative verdier. I forholdet Celsius - Fahrenheit er linjens helning lik 5/9, og i dette tilfellet er den lik 1.

Kelvin og grader Celsius er av samme størrelse, bare at Kelvin-skalaen, som det fremgår av ovenstående, ikke inkluderer negative temperaturverdier.

Fahrenheit skala

Daniel Fahrenheit (1686–1736) var en polskfødt fysiker av tysk opprinnelse. Rundt 1715 laget Fahrenheit et termometer med en skala basert på to vilkårlig valgte referansepunkter. Siden den gang er det mye brukt i engelsktalende land.

Opprinnelig valgte Fahrenheit temperaturen til en blanding av is og salt for det nedre settpunktet og satte det til 0 °. For det andre punktet valgte han menneskets kroppstemperatur og satte den på 100 grader.

Overraskende nok hadde han noen problemer med å bestemme hva den "normale" kroppstemperaturen er, fordi den endres gjennom dagen, eller fra den ene dagen til den andre uten at personen nødvendigvis var syk.

Det viser seg at det er helt sunne mennesker med en kroppstemperatur på 99,1ºF, mens for andre er det normalt å ha 98,6ºF. Det siste er gjennomsnittsverdien for befolkningen generelt.

Så Fahrenheit-målestokkene måtte endres for frysepunktet for vann, som ble satt til 32 ºF og kokepunktet til 212 ºF. Til slutt ble skalaen delt i 180 like intervaller.

Konverter grader Fahrenheit til grader Celsius

Fra ligningen vist over følger det at:

På samme måte kan vi vurdere det slik: Celsius-skalaen har 100 grader, mens Fahrenheit-skalaen har 180 grader. Så for hver økning eller reduksjon på 1 ºC, er det en økning eller reduksjon på 1,8 ºF = (9/5) ºF

Eksempel

Ved å bruke de forrige ligningene, finn en formel som lar deg gå fra Fahrenheit til Kelvin skala:

Når vi vet at: T _ºC = T _K - 273 og erstatter ligningen som allerede er trukket fra, har vi:

T _ºC = T _K - 273

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

Kelvin skala

William Thomson (1824–1907), Lord Kelvin, foreslo en skala uten vilkårlige referansepunkter. Dette er den absolutte temperaturskalaen som bærer navnet hans, foreslått i 1892. Den har ikke negative temperaturverdier, siden absolutt 0 er den lavest mulige temperaturen.

Ved temperaturen 0 K er enhver bevegelse av molekylene helt opphørt. Dette er International System (SI) skalaen, selv om Celsius skalaen også regnes som en tilbehørsenhet. Husk at Kelvin-skalaen ikke bruker "grader", så temperatur uttrykkes som den numeriske verdien pluss enheten, kalt "kelvin".

Så langt har det ikke vært mulig å nå absolutt null, men forskere har kommet ganske nær.

I laboratorier som er spesialiserte på lave temperaturer, har de faktisk klart å avkjøle natriumprøver til 700 nanokelvin eller 700 x 1010 ^-9 kelvin. På den andre siden, mot den andre enden av skalaen, er det kjent at en atomeksplosjon kan generere temperaturer på 100 eller mer millioner kelvin.

Hver kelvin tilsvarer 1 / 273,16 deler av temperaturen til trippelpunktet av vann. Ved denne temperaturen er de tre faser av vann i likevekt.

Kelvin skala og Celsius og Fahrenheit skalaer

Forholdet mellom Kelvin og Celsius-skalaene er rundt 273,16 til 273-:

Tilsvarende oppnås ved substitusjon et forhold mellom Kelvin- og Fahrenheit-skalaene:

Rankine skala

Rankine-skalaen ble foreslått av William Rankine, en skotskfødt ingeniør (1820-1872). Han var en pioner for den industrielle revolusjonen, og ga store bidrag til termodynamikk. I 1859 foreslo han en absolutt temperaturskala og satte null til −459,67 ° F.

På denne skalaen er størrelsen på gradene den samme som på Fahrenheit-skalaen. Rankine-skalaen er betegnet som R og som med Kelvin-skalaen, blir dens verdier ikke kalt grader, men heller rankine.

Og dermed:

0 K = 0 R = −459,67 ° F = - 273,15 ºC

Oppsummert er her konverteringene som er nødvendige for å gå til Rankine-skalaen fra en av de som allerede er beskrevet:

Figur 2. Konvertering av rankine temperaturskala. Kilde: F. Zapata.

Réaumur skala

En annen tidligere brukt temperaturskala er Réaumur-skalaen, som er betegnet som grader eller ºR. Den er for tiden i ubruk, selv om den ble mye brukt i Europa til den ble fortrengt av Celsius-skalaen.

Det ble opprettet av René-Antoine Ferchault de Réaumur (1683-1757) rundt 1731. Referansene er: 0 ° R for frysepunktet for vann og 80 ° R for kokepunktet.

Som det kan sees, faller det sammen med Celsius-skalaen på null, men absolutt ikke med de andre verdiene. Det er relatert til centigradeskalaen ved:

Og siden temperaturene må sammenfalle, så T _ºC = T _ºF = x, følger det at:

Når T _ºC = -40 ºC, også T _ºF = -40 ºF

Oppgave 2

Dampen som kommer ut av en kjele har en temperatur på 610 ºR. Finn temperaturen i grader Fahrenheit og i grader Celsius.

Løsning

Ekvivalensene som er funnet i delen av Réaumur-skalaen brukes derfor: T _ºC = (5/4) T _ºR = (5/4). 610 ° C = 762,5 ° C.

Du kan deretter konvertere denne funnet verdien til grader Fahrenheit, eller bruke en annen av de omtalte konverteringene:

Eller denne andre, som gir samme resultat: T _ºR = (4/9) (T _ºF - 32)

Det er løst: T _ºF = (9/4) T _ºR + 32 = (9/4) 610 + 32 ºF = 1404,5 ºF.

Sammendrag av konverteringer

Oppsummert inneholder tabellen nedenfor konverteringene for alle skalaene som er beskrevet:

Figur 3. Tabell over konverteringer for temperaturskalaene. Kilde: F. Zapata.

referanser

1. Temperaturskalaer. Gjenopprettet fra: thales.cica.es.
2. Knight, R. 2017. Physics for Scientists and Engineering: a Strategy Approach. Pearson.
3. Tillery, B. 2012. Fysisk vitenskap. McGraw Hill.
4. Wikipedia. Grader celsius. Gjenopprettet fra: es.wikipedia.org
5. Wikipedia. Fahrenheit-grad. Gjenopprettet fra: es.wikipedia.org.
6. Wikipedia. Rankine. Gjenopprettet fra: es.wikipedia.org.