The termometrické váhy jsou ty, které se používají při měření teploty, skalární veličině, která slouží ke kvantifikaci tepelné energie systému. Zařízení používané k měření teploty, tj. Teploměr, musí obsahovat stupnici, aby bylo možné měřit.
Chcete-li vytvořit vhodné měřítko, musíte vzít dva referenční body a rozdělit interval mezi nimi. Tyto divize se nazývají stupně. Tímto způsobem se porovnává teplota měřeného předmětu, kterou může být teplota kávy, lázně nebo tělesná teplota, s referencí vyznačenou na přístroji.
Nejčastěji používanými teplotními stupnicemi jsou stupnice Celsia, Fahrenheita, Kelvina a Rankina. Všechny jsou stejně vhodné pro měření teploty, protože body vybrané jako referenční jsou libovolné..
Jak ve stupních Celsia, tak ve stupních Fahrenheita nula stupnice neznamená absenci teploty. Z tohoto důvodu jsou relativní váhy. Na druhou stranu, pro Kelvinovu stupnici a Rankinovu stupnici představuje 0 zastavení molekulární aktivity, proto jsou považovány za absolutní váhy.
Tuto stupnici vynalezl švédský astronom z 18. století Anders C. Celsius (1701-1744) kolem roku 1735. Tato stupnice je velmi intuitivní a používá jako referenční body bod mrazu a bod varu vody při normálním atmosférickém tlaku (1 atm)..
Voda je k tomu velmi vhodná univerzální látka a její hodnoty lze snadno získat v laboratoři.
Na stupnici Celsia je bodem mrazu vody bod, který odpovídá 0 ° C, a bod varu 100 ° C, ačkoli původně je Celsius navrhoval opačně a později bylo pořadí obráceno. Mezi těmito dvěma referenčními hodnotami je 100 stejných dělení, a proto je někdy známá jako stupnice Celsia..
Pro stanovení ekvivalence mezi stupni Celsia a jinými teplotními stupnicemi je třeba vzít v úvahu dva aspekty:
y = m.x + b
-Musíte znát referenční body obou stupnic.
Ať TºC teplota na stupnici Celsia a TºF teplota na stupnici Fahrenheita, proto:
TºC = m. TºF + b
Je známo, že 0 ° C = 32 ° F a 100 ° C = 212 ° F. Dosadíme tyto hodnoty do předchozí rovnice a získáme:
0 = 32 m + b
100 = 212 m + b
Jedná se o systém dvou lineárních rovnic se dvěma neznámými, které lze vyřešit kteroukoli ze známých metod. Například redukcí:
100 = 212 m + b
0 = -32 m - b
________________
100 = 180 m
m = 100/180 = 5/9
Vědět m, získáváme b substitucí:
b = -32m = -32. (5/9) = -160/9
Nyní dosadíme hodnoty m Y b v naší rovnici ekvivalence získat:
TºC = (5/9). TºF - (160/9) = (5TºF -160) / 9
Ekvivalentně: TºC = (5/9). (T.ºF - 32)
Tato rovnice umožňuje přímé předávání stupňů Fahrenheita na stupně Celsia pouhým zapsáním hodnoty tam, kde se objeví TºF.
Bylo provedeno mnoho experimentů, které se pokoušely měřit absolutní nulu teploty, tj. Hodnotu, pro kterou zmizí veškerá molekulární aktivita v plynu. Tato teplota se blíží -273 ° C.
Být TK. teplota v kelvinech - slovo „stupeň“ se pro tuto stupnici nepoužívá -, ekvivalence je:
TºC = TK. - 273
To znamená, že váhy se liší v tom, že Kelvinova stupnice nemá záporné hodnoty. Ve vztahu Celsia - Fahrenheita je sklon čáry roven 5/9 a v tomto případě je roven 1.
Kelvin a stupně Celsia mají stejnou velikost, pouze že Kelvinova stupnice, jak je patrné z výše uvedeného, nezahrnuje záporné hodnoty teploty..
Daniel Fahrenheit (1686-1736) byl polský fyzik německého původu. Kolem roku 1715 vyrobil Fahrenheit teploměr se stupnicí založenou na dvou libovolně vybraných referenčních bodech. Od té doby je široce používán v anglicky mluvících zemích.
Původně Fahrenheit zvolil teplotu směsi ledu a soli pro spodní nastavenou hodnotu a nastavil ji na 0 °. Pro druhý bod zvolil teplotu lidského těla a nastavil ji na 100 stupňů..
Jak se dalo očekávat, měl potíže s určováním, co je to „normální“ tělesná teplota, protože se mění v průběhu dne nebo ze dne na den, aniž by osoba nutně byla nemocná..
Ukazuje se, že existují naprosto zdraví lidé s tělesnou teplotou 99,1 ° F, zatímco pro ostatní je normální mít 98,6 ° F. Ta je průměrnou hodnotou pro obecnou populaci.
Takže referenční body stupnice Fahrenheita se musely změnit pro bod mrazu vody, který byl nastaven na 32 ° F a bod varu na 212 ° F. Nakonec byla stupnice rozdělena do 180 stejných intervalů.
Z výše uvedené rovnice vyplývá, že:
TºF = (9/5) TºC + 32
Stejným způsobem to můžeme považovat za toto: stupnice Celsia má 100 stupňů, zatímco stupnice Fahrenheita má 180 stupňů. Potom při každém zvýšení nebo snížení o 1 ° C dojde ke zvýšení nebo snížení o 1,8 ° F = (9/5) ºF
Pomocí předchozích rovnic najděte vzorec, který vám umožní přejít ze stupňů Fahrenheita na Kelvinovu stupnici:
S vědomím, že: TºC = TK. - 273 a dosazením do již odvozené rovnice máme:
TºC = TK. - 273
Proto: TºF = (9/5) (TK. - 273) + 32 = (9/5) T.K. - 459,4
William Thomson (1824-1907), lord Kelvin, navrhl měřítko bez libovolných referenčních bodů. Toto je stupnice absolutní teploty, která nese jeho jméno, navržená v roce 1892. Nemá záporné hodnoty teploty, protože absolutní 0 je nejnižší možná teplota..
Při teplotě 0 K jakýkoli pohyb molekul zcela ustal. Toto je stupnice International System (SI), ačkoli stupnice Celsia je také považována za doplňkovou jednotku. Pamatujte, že Kelvinova stupnice nepoužívá „stupně“, takže jakákoli teplota je vyjádřena jako číselná hodnota plus jednotka, zvaná „kelvin“.
Dosud nebylo možné dosáhnout absolutní nuly, ale vědci se přiblížili docela blízko.
V laboratořích specializovaných na nízké teploty se jim podařilo ochladit vzorky sodíku na 700 nanokelvinů nebo 700 x 1010-9 Kelvin. Na druhé straně, na druhém konci stupnice, je známo, že jaderný výbuch může generovat teploty 100 nebo více milionů kelvinů.
Každý kelvin odpovídá 1 / 273,16 dílu teploty trojného bodu vody. Při této teplotě jsou tři fáze vody v rovnováze.
Vztah mezi Kelvinovou a Celsiovou stupnicí je - kolem 273,16 až 273 -:
TK. = TºC + 273
Podobně substitucí se získá vztah mezi Kelvinovou a Fahrenheitovou stupnicí:
TK. = 5 (T.ºF + 459,4) / 9
Rankinovu stupnici navrhl William Rankine, inženýr skotského původu (1820-1872). Jako průkopník průmyslové revoluce významně přispěl k termodynamice. V roce 1859 navrhl absolutní teplotní stupnici, nastavení nuly na -459,67 ° F.
Na této stupnici je velikost stupňů stejná jako na stupnici Fahrenheita. Rankinova stupnice je označena jako R a stejně jako u Kelvinovy stupnice se její hodnoty nenazývají stupně, ale hodnost.
Tím pádem:
0 K = 0 R = -459,67 ° F = - 273,15 ° C
Shrneme-li, zde jsou potřebné převody k přechodu na Rankinovu stupnici z kterékoli z již popsaných:
Další dříve používanou teplotní stupnicí je stupnice Réaumur, která se označuje jako stupně nebo ºR. V současné době se nepoužívá, přestože se v Evropě široce používalo, dokud nebylo vytlačeno stupnicí Celsia.
Vytvořil ho René-Antoine Ferchault de Réaumur (1683-1757) kolem roku 1731. Jeho reference jsou: 0 ° R pro bod mrazu vody a 80 ° R pro bod varu.
Jak je vidět, shoduje se se stupnicí Celsia na nule, ale rozhodně ne na ostatních hodnotách. Souvisí to se stupnicí Celsia podle:
TºR= (4/5) TºC
Existují také další ekvivalence:
TºR= (4/5) (T.K. - 273) = (4/9)(T.ºF-32)= (4/5)(5. T.R/ 9 - 273) = (4/9) TR - 218.4
Najděte číselnou hodnotu, kde stupnice Celsia odpovídá stupnici Fahrenheita.
Jak jsme viděli v předchozích částech, tato měřítka se neshodují, protože referenční body se liší; je však možné najít hodnotu X, tak, že představuje stejnou teplotu na obou stupnicích. Proto se vezme rovnice:
TºC = (5/9). TºF - (160/9) = (5TºF -160) / 9
A protože teploty se tedy musí shodovat TºC = TºF = x, z toho vyplývá, že:
x = (5x - 160) / 9
9x = 5x -160
4x = -160
x = - 40
Když TºC = -40 ° C, taky TºF = -40 ° F
Pára, která vychází z kotle, má teplotu 610 ° R. Zjištění teploty ve stupních Fahrenheita a ve stupních Celsia.
Používají se ekvivalence nalezené v části stupnice Réaumur, proto: TºC=(5/4) TºR = (5/4). 610 ° C = 762,5 ° C.
Tuto nalezenou hodnotu můžete okamžitě převést na stupně Fahrenheita nebo použít některý z dalších uvedených převodů:
TºF = (9/5) TºC + 32 = (9/5) 762,5 + 32 ° C = 1404,5 ° F
Nebo tento druhý, který dává stejný výsledek: TºR = (4/9)(T.ºF - 32)
Vymazává: TºF = (9/4) TºR + 32 = (9/4) 610 + 32 ° F = 1404,5 ° F.
Souhrnně poskytuje následující tabulka převody pro všechny popsané stupnice:
Zatím žádné komentáře