TERMOMETRISKA SKALOR: FORMLER, EXEMPEL, LÖSTA ÖVNINGAR - FYSISK - 2025

De termometriska vågarna är de som används vid mätning av temperatur, magnitudskala som används för att kvantifiera ett systems termiska energi. Enheten som används för att mäta temperatur, det vill säga en termometer, måste ha en skala för att kunna ta avläsningen.

För att konstruera en lämplig skala måste du ta två referenspunkter och dela intervallet mellan dem. Dessa uppdelningar kallas grader. På detta sätt jämförs temperaturen på det objekt som ska mätas, vilket kan vara temperaturen på kaffet, badet eller kroppstemperaturen, med referensen markerad på instrumentet.

Bild 1. Termometer examen i Celsius skala. Källa: Pixabay.

De mest använda temperaturskalorna är skalorna Celsius, Fahrenheit, Kelvin och Rankine. Alla är lika lämpliga för att mäta temperatur, eftersom de punkter som väljs som referenspunkter är godtyckliga.

I både Celsius-skalan och Fahrenheit-skalan indikerar vågens noll inte frånvaron av temperatur. Av denna anledning är de relativt skalor. Å andra sidan för Kelvin-skalan och Rankine-skalan representerar 0 upphörandet av molekylär aktivitet, varför de anses vara absoluta skalor.

Celsius skala

Denna skala uppfanns av 1700-talets svenska astronom Anders C. Celsius (1701–1744), cirka 1735. Mycket intuitivt, denna skala använder fryspunkten och kokpunkten för vatten vid normalt atmosfärstryck (1 atm) som referenspunkter.

Vatten är en universell substans som är mycket lämplig för detta och dess värden är lätta att få på laboratoriet.

På Celsius-skalan är fryspunkten för vatten den som motsvarar 0 ° C och kokpunkten till 100 ° C, även om ursprungligen Celsius hade föreslagit dem tvärtom och senare omvändes ordningen. Mellan dessa två referensvärden finns det 100 identiska uppdelningar, varför det ibland kallas centigradeskala.

Likvärdiga

För att upprätta en ekvivalens mellan grader Celsius och andra temperaturskalor måste två aspekter beaktas:

-Förhållandet mellan Celsius-skalan och den andra skalan är linjärt, därför är det av formen:

y = mx + b

-Du måste känna till referenspunkterna för båda skalorna.

Exempel: ekvivalens mellan skalorna Celsius och Fahrenheit

Låt T _{ºC vara} temperaturen på Celsius-skalan och T _ºF temperaturen på Fahrenheit-skalan, därför:

Det är känt att 0 ° C = 32ºF och 100ºC = 212ºF. Vi ersätter dessa värden i den föregående ekvationen och vi får:

Detta är ett system med två linjära ekvationer med två okända, som kan lösas med någon av de kända metoderna. Till exempel genom reduktion:

________________

Genom att veta m, får vi b genom substitution:

Nu ansluter vi värdena m och b i vår ekvivalensekvation för att få:

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

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

Denna ekvation gör det möjligt att passera grader Fahrenheit till grader Celsius direkt, bara genom att skriva värdet där T _ºF visas .

Exempel: ekvivalens mellan skalorna Celsius och Kelvin

Många experiment har genomförts för att försöka mäta den absoluta temperaturen noll, det vill säga det värde för vilket all molekylär aktivitet försvinner i en gas. Denna temperatur är nära -273 ºC.

Låt TK _vara temperaturen i kelvin - ordet "grad" används inte för denna skala- ekvivalensen är:

Det vill säga skalorna skiljer sig åt att Kelvin-skalan inte har negativa värden. I sambandet Celsius - Fahrenheit är linjens lutning lika med 5/9 och i detta fall är den lika med 1.

Kelvin och grader Celsius har samma storlek, bara att Kelvin-skalan, som framgår av ovanstående, inte inkluderar negativa temperaturvärden.

Fahrenheit skala

Daniel Fahrenheit (1686–1736) var en polskfödd fysiker av tyskt ursprung. Runt 1715 gjorde Fahrenheit en termometer med en skala baserad på två godtyckligt valda referenspunkter. Sedan dess används den ofta i engelsktalande länder.

Ursprungligen valde Fahrenheit temperaturen på en blandning av is och salt för det lägre börvärdet och ställde det till 0 °. För den andra punkten valde han människans kroppstemperatur och ställde den på 100 grader.

Förvånansvärt hade han några problem med att bestämma vad den "normala" kroppstemperaturen är, eftersom den förändras under dagen, eller från en dag till en annan, utan att personen nödvändigtvis är sjuk.

Det visar sig att det finns helt friska människor med en kroppstemperatur på 99,1ºF, medan det för andra är normalt att ha 98,6ºF. Det senare är det genomsnittliga värdet för den allmänna befolkningen.

Så referenspunkterna på Fahrenheit-skalan var tvungna att ändras för vattenens fryspunkt, som var inställd på 32 ° F och kokpunkten till 212 ° F. Slutligen delades skalan upp i 180 lika stora intervaller.

Konvertera grader Fahrenheit till grader Celsius

Av ekvationen som visas ovan följer det att:

På samma sätt kan vi betrakta det så här: Celsius-skalan har 100 grader, medan Fahrenheit-skalan har 180 grader. Så för varje ökning eller minskning på 1 ºC finns det en ökning eller minskning med 1,8 ºF = (9/5) ºF

Exempel

Med hjälp av föregående ekvationer, hitta en formel som låter dig gå från Fahrenheit till Kelvin skala:

Att veta att: T _ºC = T _K - 273 och ersätta den redan härledda ekvationen, har vi:

T _ºC = T _K - 273

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

Kelvin skala

William Thomson (1824–1907), Lord Kelvin, föreslog en skala utan godtyckliga referenspunkter. Detta är den absoluta temperaturskalan som bär hans namn, föreslog 1892. Den har inte negativa temperaturvärden, eftersom absolut 0 är den lägsta möjliga temperaturen.

Vid temperaturen 0 K har varje rörelse av molekylerna helt upphört. Detta är International System (SI) skalan, även om Celsius skalan också anses vara en tillbehörsenhet. Kom ihåg att Kelvin-skalan inte använder "grader", så att någon temperatur uttrycks som det numeriska värdet plus enheten, kallad "kelvin".

Hittills har det inte varit möjligt att nå absolut noll, men forskare har kommit ganska nära.

I laboratorier som är specialiserade på låga temperaturer har de faktiskt lyckats kyla natriumprover till 700 nanokelvin eller 700 x 1010 ^-9 kelvin. Å andra sidan, mot den andra änden av skalan, är det känt att en kärnkraftsexplosion kan generera temperaturer på 100 eller mer miljoner kelvin.

Varje kelvin motsvarar 1 / 273,16 delar av temperaturen på trippelpunkten för vatten. Vid denna temperatur är de tre faserna av vatten i jämvikt.

Kelvin skala och Celsius och Fahrenheit skalor

Förhållandet mellan Kelvin- och Celsius-skalorna är omkring 273,16 till 273-:

På liknande sätt erhålls genom substitution en relation mellan Kelvin- och Fahrenheit-skalorna:

Rankine skala

Rankine-skalan föreslogs av William Rankine, en skotskfödd ingenjör (1820-1872). Han var en pionjär inom den industriella revolutionen och gjorde stora bidrag till termodynamiken. 1859 föreslog han en absolut temperaturskala med noll på −459,67 ° F.

På denna skala är gradernas storlek densamma som på Fahrenheit-skalan. Rankine-skalan betecknas som R och som med Kelvin-skalan kallas dess värden inte för grader utan snarare för rankin.

Således:

0 K = 0 R = −459,67 ° F = - 273,15 ºC

Sammanfattningsvis är här de omvandlingar som krävs för att gå till Rankine-skalan från någon av de redan beskrivna:

Figur 2. Omvandling av rankings temperaturskala. Källa: F. Zapata.

Réaumur skala

En annan tidigare använd temperaturskala är Réaumur-skalan, som betecknas som grader eller ºR. Den är för närvarande inte i bruk, även om den användes i stor utsträckning i Europa tills den förflyttades av Celsius-skalan.

Den skapades av René-Antoine Ferchault de Réaumur (1683-1757) omkring 1731. Dess referenser är: 0 ° R för vattenens fryspunkt och 80 ° R för kokpunkten.

Som framgår sammanfaller det med Celsius-skalan på noll, men verkligen inte med de andra värdena. Det är relaterat till centigrade skalan genom:

Och eftersom temperaturen måste sammanfalla, då T _ºC = T _ºF = x, följer det att:

När T _ºC = -40 ºC, också T _ºF = -40 ºF

Övning 2

Ångan som kommer ut från en panna har en temperatur på 610 ºR. Hitta temperaturen i grader Fahrenheit och i grader Celsius.

Lösning

Ekvivalenterna som finns i avsnittet i Réaumur-skalan används därför: T _ºC = (5/4) T _ºR = (5/4). 610 ° C = 762,5 ° C.

Du kan sedan konvertera detta hittade värde till grader Fahrenheit, eller använda en annan av de omnämnda omvandlingarna:

Eller den här andra, som ger samma resultat: T _ºR = (4/9) (T _ºF - 32)

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

Sammanfattning av omvandlingar

Sammanfattningsvis innehåller följande tabell omvandlingar för alla skalor som beskrivs:

Figur 3. Tabell över konverteringar för temperaturskalorna. Källa: F. Zapata.

referenser

1. Temperaturskalor. Återställd från: thales.cica.es.
2. Knight, R. 2017. Fysik för forskare och teknik: en strategi-strategi. Pearson.
3. Tillery, B. 2012. Fysisk vetenskap. McGraw Hill.
4. Wikipedia. Grader Celsius. Återställd från: es.wikipedia.org
5. Wikipedia. Fahrenheit-examen. Återställd från: es.wikipedia.org.
6. Wikipedia. Rankine. Återställd från: es.wikipedia.org.