Thermometrische Skalen

Celsius -skaliertes Thermometer

Was sind thermometrische Skalen?

Der Thermometrische Skalen Sie sind diejenigen, die bei der Temperaturmessung verwendet werden, eine skalare Größe, die dazu dient, die thermische Energie eines Systems zu quantifizieren. Das Gerät zur Messung der Temperatur, dh ein Thermometer, muss eine Skala enthalten, um lesen zu können.

Um eine angemessene Skala zu erstellen, müssen Sie zwei Referenzpunkte einnehmen und das Intervall zwischen ihnen teilen. Diese Abteilungen werden als Abschlüsse bezeichnet. Auf diese Weise wird die zu gemessene Temperatur des Objekts verglichen, die die Temperatur von Kaffee, Bad oder Körpertemperatur sein kann, wobei die im Instrument gekennzeichnete Referenz markiert ist.

Die am häufigsten verwendeten Temperaturskalen sind Celsius-, Fahrenheit-, Kelvin- und Rankine -Skalen. Alle sind gleichermaßen geeignet, um die Temperatur zu messen, da die als Referenz ausgewählten Punkte willkürlich sind.

Sowohl auf der Celsius -Skala als auch auf der Fahrenheitskala der Skala der Skala weist das Fehlen von Temperaturen nicht an. Aus diesem Grund sind sie Relative Skalen. Andererseits repräsentiert die 0 für die Kelvin -Skala und die Rankine -Skala die Einstellung der molekularen Aktivität, daher werden sie berücksichtigt Absolute Skalen.

Celsius Skala

Klinisches digitales Thermometer in Grad Celsius abgeschlossen. Quelle: Simon Schoar/CC BY-S (https: // CreateRecommons.Org/lizenzen/by-sa/2.5)

Diese Skala wurde vom schwedischen Astronom des Anders C des 18. Jahrhunderts erfunden. Celsius (1701-1744), ungefähr 1735. Sehr intuitiv verwendet diese Skala den Gefrierpunkt und den Siedepunkt des Wassers bei normalem atmosphärischem Druck (1 atm) als Referenzpunkte.

Wasser ist dafür eine sehr geeignete universelle Substanz, und seine Werte sind im Labor leicht zu erhalten.

Auf der Celsius -Skala entspricht der Wassereinfrierpunkt derjenige, der 0 ° C entspricht, und der Siedepunkt bei 100 ° C, obwohl Celsius ursprünglich auf die Rückseite vorgeschlagen hatte und die Bestellung später investiert wurde. Zwischen diesen beiden Referenzwerten gibt es 100 identische Abteilungen, daher wird es manchmal als Celsius -Skala bezeichnet.

Äquivalenzen

Um eine Äquivalenz zwischen den Grad Celsius und anderen Temperaturskalen zu ermitteln, müssen zwei Aspekte berücksichtigt werden:

• Die Beziehung zwischen der Celsius -Skala und der anderen Skala ist linear, daher ist die Form:

y = m.x +b

-Sie müssen die Bezugspunkte beider Skalen kennenlernen.

Beispiel: Äquivalenz zwischen Celsius und Fahrenheit Skalen

Lass t_ºC Die Temperatur in Celsius Skala und T_ºf Die Temperatur auf der Fahrenheitskala, deshalb:

T_ºC = m. T_ºf + B

Es ist bekannt, dass 0 ºC = 32 ºF und 100 ºC = 212 ºF. Wir ersetzen diese Werte in der vorherigen Gleichung und erhalten:

Kann Ihnen dienen: Wärmekapazität

0 = 32 m + b

100 = 212 m + B

Dies ist ein System von zwei linearen Gleichungen mit zwei Unbekannten, die durch jede der bekannten Methoden gelöst werden können. Zum Beispiel durch Reduktion:

100 = 212 m + B

0 = -32m - B

________________

100 = 180 m

M = 100 /180 = 5/9

Wissen M, wir erhalten B Durch Ersatz:

B = -32m = -32. (5/9) = -160/9

Jetzt ersetzen wir die Werte von M Und B In unserer Gleichung Gleichung zu erhalten:

T_ºC = (5/9). T_ºf - (160/9) = (5t_ºf -160)/9

Entsprechend: T_ºC = (5/9). (T_ºf - 32)

Diese Gleichung ermöglicht es, die Fahrenheit -Abschlüsse direkt Celsius direkt zu übergeben, indem er den Wert schreibt, in dem T erscheint_ºf.

Beispiel: Äquivalenz zwischen Celsius und Kelvin Skalen

Es wurden viele Experimente durchgeführt, um zu versuchen, die absolute Temperatur Null zu messen, dh dem Wert, für den alle molekularen Aktivitäten in einem Gas verschwinden. Diese Temperatur beträgt ungefähr -273 ºC.

Sei T_K Die Temperatur in Kelvin -das Wort "Grade" für diese Skala wird nicht verwendet, die Äquivalenz lautet:

T_ºC = T_K - 273

Das heißt, die Skalen unterscheiden sich in der Kelvin -Skala keine negativen Werte. In der Beziehung zwischen Celsius - Fahrenheit ist die Steigung der Linie 5/9 wert und in diesem Fall ist es 1 wert.

Kelvins und Celsius -Grad haben die gleiche Größe, nur als die Kelvin -Skala, wie aus den oben genannten, nicht negative Temperaturwerte betrachtet.

Fahrenheit Skala

Wandthermometer mit Hauptskala in Grad Fahrenheit und Sekundärskala in Grad Celsius

Daniel Fahrenheit (1686-1736) war ein in Polen geborener Physiker deutscher Ursprung. Um 1715 stellte Fahrenheit ein Thermometer mit einer willkürlich ausgewählten Referenz -Basis -Skala her. Seitdem wird es in englischsprachigen Ländern viel verwendet.

Ursprünglich Fahrenheit wählte die Temperatur einer Mischung aus Eis und Salz für den unteren Referenzpunkt und stellte sie als 0 ° fest. Für den anderen Punkt wählte er die Temperatur des menschlichen Körpers aus und stellte sie auf 100 Grad ein.

Wie erwartet hatte er einige Probleme, um festzustellen, was die „normale“ Körpertemperatur ist, da sie sich den ganzen Tag über oder von einem Tag zu einem anderen ändert, ohne dass die Person unbedingt krank ist.

Es stellt sich heraus, dass es völlig gesunde Menschen mit 99 Körpertemperatur gibt.1 ºF, während es für andere normal ist, 98 zu haben.6 ºF. Letzteres ist der Durchschnittswert für die allgemeine Bevölkerung.

Die Referenzpunkte der Fahrenheitskala mussten sich also für den Gefrierpunkt des Wassers ändern, der in 32 ºF und das Kochen in 212 ºF festgelegt wurde. Schließlich wurde die Skala in 180 gleiche Intervalle unterteilt.

Kann Ihnen dienen: Bethelgeuse

Grade Fahrenheit in Grad Celsius konvertieren

Aus der oben gezeigten Gleichung folgt Folgendes:

T_ºf = (9/5) t_ºC + 32

Ebenso können wir es so betrachten: Die Celsius -Skala hat 100 Grad, während die Fahrenheitskala 180 Grad hat. Dann gibt es für jede Erhöhung oder Abnahme von 1 ºC eine Zunahme oder eine Abnahme von 1.8 ºF = (9/5) ºF

Beispiel

Finden Sie durch die oben genannten Gleichungen eine Formel, mit der Fahrenheit -Grad im Kelvin -Skala übergeben werden kann:

Das wissen: t_ºC = T_K - 273 und ersetzt die bereits abgezogene Gleichung, haben Sie:

T_ºC = T_K - 273

Deshalb: T_ºf = (9/5) (t_K - 273) + 32 = (9/5) t_K - 459.4

Kelvin -Skala

Vergleich der Skalen von Celsius und Kelvin in einem erleuchteten Thermometer. Quelle: Celsius_Kelvin_estandar_1954.PNG: HOMO Logosderivative Arbeit: Kismalac/CC BY-SA (https: // creativecommons.Org/lizenzen/by-sa/3.0)

William Thomson (1824-1907), Lord Kelvin, schlug eine Skala ohne willkürliche Bezugspunkte vor. Dies ist die absolute Temperaturskala, die seinen Namen trägt, der 1892 vorgeschlagen wurde. Es hat keine negativen Temperaturwerte, da die absolute 0 die niedrigstmögliche Temperatur ist.

Bei der Temperatur von 0 K hat jede Bewegung der Moleküle vollständig eingestellt. Dies ist die internationale Systemskala (SI), obwohl die Celsius -Skala auch als Zubehöreinheit angesehen wird. Erinnern Sie sich daran, dass die Kelvin -Skala "Grad" nicht verwendet, sodass jede Temperatur als numerischer Wert plus die Einheit, die als "Kelvin" bezeichnet wird, ausgedrückt wird.

Bisher wurde Absolute Null nicht erreicht, aber Wissenschaftler haben sich genug angesprochen.

In der Tat haben sie in den auf niedrigen Temperaturen spezialisierten Labors Natriumproben auf 700 Nanokelvin oder 700 x 1010 abkühlt^-9 Kelvin. Andererseits ist es bekannt, dass eine nukleare Explosion Temperaturen von 100 oder mehr Millionen Kelvin erzeugen kann.

Jedes Kelvin entspricht 1/273.16 Teile der dreifachen Wassertemperatur. Bei dieser Temperatur sind die drei Wasserphasen ausgleichen.

Kelvin Scale und Celsius und Fahrenheit Skalen

Die Beziehung zwischen Kelvin und Celsius -Skalen ist usgedondeando 273.16 bis 273-:

T_K = T_ºC + 273

In ähnlicher Weise wird durch Ersatz eine Beziehung zwischen der Kelvin- und Fahrenheit -Skalen erhalten:

T_K = 5 (t_ºf + 459.4)/9

Rankine -Skala

Die Rankine-Skala wurde von William Rankine vorgeschlagen, einem in Schottland geborenen Ingenieur (1820-1872). Pionier der industriellen Revolution leistete große Beiträge zur Thermodynamik. 1859 schlug er eine absolute Temperaturskala vor, die Null auf –459,67 ° F einstellte.

In dieser Skala ist die Größe der Grade die gleiche wie auf der Fahrenheitskala. Die Rankine -Skala wird als R bezeichnet und wie bei der Kelvin -Skala werden ihre Werte nicht als Grad bezeichnet, sondern Rankine.

Kann Ihnen dienen: gegenseitige Induktivität: Formel/Koeffizient, Anwendungen, Übungen

Daher:

0 k = 0 r = –459,67 ° F = - 273.15 ºC

Kurz gesagt, hier sind die notwendigen Konvertierungen, um die Rankine -Skala von einem der bereits beschriebenen zu erreichen:

Umbauten der Rankine -Temperaturskala. Quelle: f. Zapata.

Réaumur Skala

Eine weitere zuvor verwendete Temperaturskala ist die Réaumur -Skala, die als Grad oder ºR bezeichnet wird. Es ist derzeit nicht verwendet, obwohl es in Europa viel verwendet wurde, bis es von der Celsius -Skala vertrieben wurde.

Es wurde von René-Antoine Ferchault de Réaumur (1683-1757) um 1731 erstellt. Seine Referenzen sind: 0 ° R für den Gefrierpunkt des Wassers und 80 ° R für den Siedepunkt.

Wie zu sehen ist, fällt es mit der Celsius -Skala in Null zusammen, aber natürlich nicht in anderen Werten. Es bezieht sich auf die Celsius -Skala durch:

T_ºr= (4/5) T_ºC

Es gibt auch andere Äquivalenzen:

T_ºr= (4/5) (T_K - 273) = (4/9)(T_ºf-32)= (4/5)(5.T_R/9 -273) = (4/9) t_R - 218.4

Gelöste Übungen

Übung 1

Finden Sie den numerischen Wert, in dem die Celsius -Skala mit der Fahrenheitskala zusammenfällt.

Lösung

Wie wir in den vorherigen Abschnitten gesehen haben, stimmen diese Skalen nicht zusammen, da die Referenzpunkte unterschiedlich sind. Es ist jedoch möglich, einen Wert zu finden X, so dass es auf beiden Skalen die gleiche Temperatur darstellt. Daher wird die Gleichung genommen:

T_ºC = (5/9). T_ºf - (160/9) = (5t_ºf -160)/9

Und da die Temperaturen dann zusammenfallen müssen, dann T_ºC  = T_ºf = x, Es folgt dem:

x = (5x - 160)/9

9x = 5x -160

4x = -160

x = - 40

Wenn T_ºC  = -40 ºC, Auch T_ºf = -40 ºF

Übung 2

Der Dampf, der aus einem Kessel kommt, hat eine Temperatur von 610 ºR. Finden Sie die Temperatur in Grad Fahrenheit und in Grad Celsius.

Lösung

Die im Abschnitt der Réaumur -Skala gefundenen Äquivalenzen werden daher verwendet: daher: T_ºC=(5/4) T_ºr = (5/4). 610 º C = 762.5 ºC.

Sie können diesen Wert so umdrehen, dass er sich in Grad Fahrenheit bewegt oder einen anderen der oben genannten Konvertierungen verwenden:

T_ºf = (9/5) t_ºC + 32 = (9/5) 762.5+ 32 ºC = 1404.5 ºF

Oder dieses andere, das das gleiche Ergebnis ergibt: T_ºr = (4/9)(T_ºf - 32)

Es ist klar: T_ºf = (9/4) t_ºr + 32 = (9/4) 610 + 32 ºF = 1404.5 ºF.

Zusammenfassung der Konvertierungen

Zusammenfassend erleichtert die folgende Tabelle Conversions für alle beschriebenen Skalen:

Conversions -Box für Temperaturskalen. Quelle: f. Zapata.

Verweise

1. Temperaturskalen. Erholt von: Thales.Cica.Ist.
2. Ritter, r.  2017. Physik für Wissenschaftler und Ingenieurwesen: Ein Strategieansatz. Pearson.
3. Bilanz, b. 2012. Physikalische Wissenschaft. McGraw Hill.
4. Wikipedia. Celsius Note. Geborgen von: ist.Wikipedia.Org
5. Wikipedia. Fahrenheit Note. Geborgen von: ist.Wikipedia.Org.
6. Wikipedia. Rankine. Geborgen von: ist.Wikipedia.Org.