TERMOMETRINĖS SKALĖS: FORMULĖS, PAVYZDŽIAI, IŠSPRĘSTI PRATIMAI - FIZINIS - 2025

Į termometriniame svarstyklės yra tie, naudojamas temperatūros matavimu, dydis skalė naudojama kiekybiškai šiluminę energiją sistema. Temperatūrai matuoti skirtas prietaisas, tai yra termometras, turi turėti skalę, kad būtų galima nuskaityti rodmenis.

Norėdami sudaryti tinkamą skalę, turite paimti du atskaitos taškus ir padalinti intervalą tarp jų. Šie padalijimai vadinami laipsniais. Tokiu būdu išmatuojamo objekto temperatūra, kuri gali būti kavos, vonios ar kūno temperatūra, yra lyginama su etalonine etikete, pažymėta ant prietaiso.

1 pav. Termometras, padalintas pagal Celsijaus skalę. Šaltinis: „Pixabay“.

Dažniausiai naudojamos temperatūros skalės yra Celsijaus, Fahrenheito, Kelvino ir Rankino skalės. Visi vienodai tinkami matuoti temperatūrą, nes taškai, parinkti kaip atskaitos taškai, yra savavališki.

Tiek Celsijaus, tiek Fahrenheito skalėje skalės nulis nerodo temperatūros nebuvimo. Dėl šios priežasties jie yra santykinai svarbūs. Kita vertus, Kelvino ir Rankine skalėse 0 reiškia molekulinio aktyvumo nutraukimą, taigi jie laikomi absoliučiomis skalėmis.

Celsijaus skalė

Šią skalę išrado XVIII amžiaus švedų astronomas Andersas C. Celsius (1701–1744), apie 1735 m. Labai intuityvi ši skalė naudoja vandens užšalimo ir virimo taškus esant normaliam atmosferos slėgiui (1 atm). kaip atskaitos taškai.

Vanduo yra universali medžiaga, labai tinkama tam, o jo vertes nesunku sužinoti laboratorijoje.

Pagal Celsijaus skalę vandens užšalimo temperatūra yra ta, kuri atitinka 0 ° C, o virimo temperatūra - 100 ° C, nors iš pradžių Celsijus pasiūlė juos atvirkščiai, o vėliau tvarka buvo pakeista. Tarp šių dviejų pamatinių verčių yra 100 vienodų padalijimų, todėl ji kartais vadinama Celsijaus skale.

Lygiavertiškumas

Norint nustatyti lygiavertiškumą tarp Celsijaus laipsnių ir kitų temperatūros skalių, reikia atsižvelgti į du aspektus:

- Ryšys tarp Celsijaus ir kitos skalės yra tiesinis, todėl jis yra tokios formos:

y = mx + b

-Turi žinoti abiejų svarstyklių atskaitos taškus.

Pavyzdys: Celsijaus ir Fahrenheito skalių lygiavertiškumas

Tegul T _{ºC yra} temperatūra pagal Celsijaus skalę, o T _ºF - temperatūra pagal Farenheito skalę, todėl:

Yra žinoma, kad 0ºC = 32ºF ir 100ºC = 212ºF. Mes pakeičiame šias vertes ankstesnėje lygtyje ir gauname:

Tai yra dviejų tiesinių lygčių su dviem nežinomaisiais sistema, kurią galima išspręsti bet kuriuo iš žinomų metodų. Pavyzdžiui, sumažinant:

________________

Žinodami m, gauname b pakeisdami:

Dabar mes įtraukiame m ir b reikšmes į savo ekvivalentiškumo lygtį, kad gautume:

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

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

Ši lygybė leidžia perduoti laipsnių pagal Celsijų laipsniais Celsijaus tiesiogiai, tiesiog įvesdami vertę kur T _{° F} pasirodo .

Pavyzdys: Celsijaus ir Kelvino skalių lygiavertiškumas

Buvo atlikta daugybė bandymų išmatuoti absoliučią temperatūros nulį, tai yra vertę, kuriai esant dujose dingsta visas molekulinis aktyvumas. Ši temperatūra yra artima –273 ºC.

Tegul T _{K yra} temperatūra kelvinu - žodis „laipsnis“ šioje skalėje nenaudojamas, ekvivalentiška:

T. y., Skalės skiriasi tuo, kad Kelvino skalė neturi neigiamų reikšmių. Celsijaus ir Fahrenheito santykiuose linijos nuolydis yra lygus 5/9, o šiuo atveju jis lygus 1.

Kelvins ir Celsijaus laipsniai yra vienodi, tik kad Kelvino skalė, kaip matyti iš to, kas išdėstyta, neapima neigiamų temperatūros verčių.

Farenheito skalė

Danielis Fahrenheitas (1686–1736) buvo lenkų kilmės vokiečių kilmės fizikas. Maždaug 1715 m. Farenheitas pagamino termometrą, kurio skalė buvo paremta dviem savavališkai pasirinktais atskaitos taškais. Nuo to laiko jis plačiai naudojamas angliškai kalbančiose šalyse.

Iš pradžių Fahrenheitas pasirinko ledo ir druskos mišinio temperatūrą žemiausiai nustatytai temperatūrai ir nustatė 0 °. Kitam taškui jis pasirinko žmogaus kūno temperatūrą ir nustatė ją 100 laipsnių kampu.

Nenuostabu, kad jis turėjo tam tikrų problemų nustatant, kokia yra „normali“ kūno temperatūra, nes ji kinta visą dieną arba vieną dieną kitą, nebūtinai sergant asmeniu.

Pasirodo, yra visiškai sveikų žmonių, kurių kūno temperatūra yra 99,1ºF, o kitiems normalu 98,6ºF. Pastaroji yra vidutinė visų gyventojų vertė.

Taigi Farenheito skalės atskaitos taškai turėjo keistis vandens užšalimo taškui, kuris buvo nustatytas 32 ° F, o virimo temperatūra - 212 ° F. Galiausiai skalė buvo padalinta į 180 vienodų intervalų.

Konvertuokite Farenheito laipsnius į Celsijaus laipsnius

Iš pateiktos lygties galima daryti išvadą, kad:

Lygiai taip pat galime tai vertinti taip: Celsijaus skalė turi 100 laipsnių, o Farenheito skalė - 180 laipsnių. Taigi kiekvienam padidėjus ar sumažinus 1 ºC, padidėjimas ar sumažėjimas 1,8 ºF = (9/5) ºF

Pavyzdys

Naudodamiesi ankstesnėmis lygtimis, suraskite formulę, leidžiančią pereiti nuo Fahrenheit iki Kelvin skalės:

Žinodami, kad: T _{° C} = T _K - 273 ir pakeisdami jau išvestą lygtį, turime:

T _ºC = T _K - 273

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

Kelvino skalė

Viljamas Thomsonas (1824–1907), lordas Kelvinas, pasiūlė skalę be savavališkų atskaitos taškų. Tai yra jo absoliučios temperatūros skalė, pasiūlyta 1892 m. Ji neturi neigiamų temperatūros verčių, nes absoliuti 0 yra žemiausia įmanoma temperatūra.

0 K temperatūroje bet koks molekulių judėjimas visiškai nutrūko. Tai yra Tarptautinės sistemos (SI) skalė, nors Celsijaus skalė taip pat laikoma papildomu vienetu. Atminkite, kad Kelvino skalėje nenaudojami „laipsniai“, todėl bet kokia temperatūra išreiškiama skaitine verte pridėjus vienetą, vadinamą „kelvinu“.

Kol kas nepavyko pasiekti absoliutaus nulio, tačiau mokslininkai priartėjo prie pat jo.

Iš tiesų, laboratorijose specializuojasi žemos temperatūros, jie sugebėjo atvėsti natrio mėginius 700 nanokelvin arba 700 x 1010 ^-9 kelvinais. Kita vertus, link kito skalės galo yra žinoma, kad branduolinis sprogimas gali sukelti 100 ar daugiau milijonų kelvinų temperatūrą.

Kiekvienas kelvinas atitinka 1 / 273.16 dalis trigubo vandens taško temperatūros. Šioje temperatūroje trys vandens fazės yra pusiausvyroje.

Kelvino skalė ir Celsijaus bei Farenheito skalės

Ryšys tarp Kelvino ir Celsijaus skalių yra nuo 273,16 iki 273:

Panašiai, pakeičiant, gaunamas ryšys tarp Kelvino ir Fahrenheito skalių:

Rankine skalė

Rankine skalę pasiūlė Williamas Rankine'as, škotų kilmės inžinierius (1820–1872). Pramoninės revoliucijos pradininkas, jis daug prisidėjo prie termodinamikos. 1859 m. Jis pasiūlė absoliučią temperatūros skalę, nulinę esant –459,67 ° F.

Šioje skalėje laipsnių dydis yra toks pat kaip pagal Farenheito skalę. Rankine skalė žymima kaip R, o kaip ir pagal Kelvino skalę, jos vertės nėra vadinamos laipsniais, o rankine.

Taigi:

0 K = 0 R = −459,67 ° F = - 273,15 ºC

Apibendrinant galima pasakyti, kad čia yra konversijos, būtinos norint patekti į Rankine skalę iš bet kurios iš jau aprašytų:

2 pav. Rankinės temperatūros skalės konversijos. Šaltinis: F. Zapata.

Réaumur skalė

Kita anksčiau naudojama temperatūros skalė yra „Réaumur“ skalė, žymima laipsniais arba ºR. Šiuo metu jis nebenaudojamas, nors Europoje jis buvo plačiai naudojamas, kol jį pakeitė Celsijaus skalė.

Jį sukūrė René-Antoine Ferchault de Réaumur (1683-1757) maždaug 1731 m. Jo nuorodos: 0 ° R vandens užšalimo taškui ir 80 ° R virimo temperatūrai.

Kaip matyti, jis sutampa su Celsijaus skale ties nuliu, bet tikrai ne su kitomis vertėmis. Su Celsijaus skale jis susijęs:

O kadangi temperatūra turi sutapti, tada T _ºC = T _ºF = x, darytina išvada, kad:

Kai T _ºC = -40 ºC, taip pat T _ºF = -40 ºF

2 pratimas

Iš katilo išeinantis garas yra 610 ºR temperatūros. Raskite temperatūrą Farenheito ir Celsijaus laipsniais.

Sprendimas

Naudojami atitikmenys, rasti Réaumur skalės skyriuje, todėl: T _{° C} = (5/4) T _{° R} = (5/4). 610 ° C = 762,5 ° C.

Tada šią konvertuotą vertę galite konvertuoti į Farenheito laipsnius arba naudoti kitą iš paminėtų konversijų:

Arba tas kitas, kuris duoda tą patį rezultatą: T _ºR = (4/9) (T _ºF - 32)

Tai išspręsta: T _ºF = (9/4) T _ºR + 32 = (9/4) 610 + 32 ºF = 1404,5 ºF.

Konversijų suvestinė

Apibendrinant, šioje lentelėje pateikiamos visų aprašytų skalių konversijos:

3 pav. Temperatūros skalių konvertavimo lentelė. Šaltinis: F. Zapata.

Nuorodos

1. Temperatūros skalės. Atgauta iš: thales.cica.es.
2. Knight, R. 2017. Fizika mokslininkams ir inžinerijai: strategijos metodas. Pearsonas.
3. Tillery, B. 2012. Fiziniai mokslai. McGraw Hill.
4. Vikipedija. Celsijaus laipsnis. Atkurta iš: es.wikipedia.org
5. Vikipedija. Farenheito laipsnis. Atkurta iš: es.wikipedia.org.
6. Vikipedija. Rankine. Atkurta iš: es.wikipedia.org.