ТЕРМОМЕТРИЧЕСКИЕ ВЕСЫ: ФОРМУЛЫ, ПРИМЕРЫ, РЕШЕННЫЕ УПРАЖНЕНИЯ - ФИЗИЧЕСКИЙ - 2026

Эти термометрические шкалы являются те , которые используются при измерении температуры, величины шкалы , используемой для количественного определения тепловой энергии системы. Устройство, используемое для измерения температуры, то есть термометр, должно иметь шкалу, чтобы иметь возможность снимать показания.

Чтобы построить соответствующую шкалу, нужно взять две реперные точки и разделить между ними интервал. Эти подразделения называются степенями. Таким образом, температура объекта измерения, которым может быть температура кофе, ванны или температура тела, сравнивается с эталоном, нанесенным на прибор.

Рисунок 1. Градуированный термометр по шкале Цельсия. Источник: Pixabay.

Наиболее часто используемые температурные шкалы - это шкалы Цельсия, Фаренгейта, Кельвина и Ренкина. Все они одинаково подходят для измерения температуры, поскольку точки, выбранные в качестве контрольных, произвольны.

Как в шкале Цельсия, так и в шкале Фаренгейта, ноль шкалы не означает отсутствие температуры. По этой причине они относительные масштабы. С другой стороны, для шкалы Кельвина и шкалы Ренкина 0 означает прекращение молекулярной активности, поэтому они считаются абсолютными шкалами.

Шкала Цельсия

Эта шкала была изобретена шведским астрономом 18 века Андерсом Цельсием (1701–1744), примерно в 1735 году. Очень интуитивно понятная, эта шкала использует точку замерзания и температуру кипения воды при нормальном атмосферном давлении (1 атм). как ориентиры.

Вода - универсальное вещество, очень подходящее для этого, и его значения легко получить в лаборатории.

По шкале Цельсия точка замерзания воды соответствует 0 ° C, а точка кипения - 100 ° C, хотя изначально Цельсий предлагал им обратное, а позже порядок был изменен. Между этими двумя эталонными значениями имеется 100 одинаковых делений, поэтому ее иногда называют шкалой Цельсия.

Эквивалентность

Чтобы установить эквивалентность градусов Цельсия и других температурных шкал, необходимо учитывать два аспекта:

-Взаимосвязь между шкалой Цельсия и другой шкалой является линейной, поэтому она имеет вид:

у = mx + b

-Нужно знать ориентиры обеих шкал.

Пример: эквивалентность шкал Цельсия и Фаренгейта

Пусть T _{ºC будет} температурой по шкале Цельсия, а T _ºF - температурой по шкале Фаренгейта, поэтому:

Известно, что 0ºC = 32ºF и 100ºC = 212ºF. Подставляем эти значения в предыдущее уравнение и получаем:

Это система двух линейных уравнений с двумя неизвестными, которую можно решить любым из известных методов. Например, по сокращению:

________________

Зная m, получаем b заменой:

Теперь мы подставляем значения m и b в наше уравнение эквивалентности, чтобы получить:

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

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

Это уравнение позволяет напрямую переводить градусы Фаренгейта в градусы Цельсия, просто набрав значение, в котором появляется T _ºF .

Пример: эквивалентность шкал Цельсия и Кельвина

Было проведено множество экспериментов, чтобы попытаться измерить абсолютный ноль температуры, то есть значение, при котором вся молекулярная активность в газе исчезает. Эта температура близка к -273 ºC.

Пусть T _{K будет} температурой в кельвинах - слово «градус» не используется для этой шкалы - эквивалентность:

То есть шкалы отличаются тем, что шкала Кельвина не имеет отрицательных значений. В соотношении Цельсия-Фаренгейта наклон линии равен 5/9, а в данном случае он равен 1.

Кельвины и градусы Цельсия имеют одинаковый размер, только шкала Кельвина, как видно из вышеизложенного, не включает отрицательные значения температуры.

Шкала Фаренгейта

Даниэль Фаренгейт (1686–1736) был польским физиком немецкого происхождения. Около 1715 года Фаренгейт создал термометр со шкалой, основанной на двух произвольно выбранных контрольных точках. С тех пор он широко используется в англоязычных странах.

Первоначально Фаренгейт выбрал температуру смеси льда и соли в качестве нижней уставки и установил ее на 0 °. Для другого пункта он выбрал температуру человеческого тела и установил ее на уровне 100 градусов.

Неудивительно, что у него были некоторые проблемы с определением «нормальной» температуры тела, потому что она меняется в течение дня или от одного дня к другому, причем человек не обязательно болен.

Оказывается, есть абсолютно здоровые люди с температурой тела 99,1 ° F, а для других нормальным является 98,6 ° F. Последнее является средним значением для населения в целом.

Таким образом, контрольные точки шкалы Фаренгейта пришлось изменить для точки замерзания воды, которая была установлена ​​на 32 ° F, а точка кипения - на 212 ° F. Наконец, шкала была разделена на 180 равных интервалов.

Перевести градусы Фаренгейта в градусы Цельсия

Из приведенного выше уравнения следует, что:

Точно так же мы можем рассматривать это так: шкала Цельсия имеет 100 градусов, а шкала Фаренгейта - 180 градусов. Таким образом, для каждого увеличения или уменьшения на 1 ºC есть увеличение или уменьшение на 1,8 ºF = (9/5) ºF.

пример

Используя предыдущие уравнения, найдите формулу, которая позволяет перейти от шкалы Фаренгейта к шкале Кельвина:

Зная, что: T _ºC = T _K - 273 и подставляя в уже выведенное уравнение, мы имеем:

T _ºC = T _K - 273

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

Шкала Кельвина

Уильям Томсон (1824–1907), лорд Кельвин, предложил шкалу без произвольных ориентиров. Это шкала абсолютных температур, носящая его имя, предложенная в 1892 году. Она не имеет отрицательных значений температуры, поскольку абсолютный 0 - это минимально возможная температура.

При температуре 0 К движение молекул полностью прекращается. Это шкала Международной системы (СИ), хотя шкала Цельсия также считается вспомогательной единицей. Помните, что шкала Кельвина не использует «градусы», поэтому любая температура выражается как числовое значение плюс единица измерения, называемая «кельвином».

Пока достичь абсолютного нуля не удалось, но ученые подошли довольно близко.

Действительно, в лабораториях, специализирующихся на низких температурах, им удалось охладить образцы натрия до 700 нанокельвинов или 700 x 1010 ^-9 кельвинов. С другой стороны, на другом конце шкалы известно, что ядерный взрыв может вызвать температуру в 100 или более миллионов кельвинов.

Каждый кельвин соответствует 1 / 273,16 части температуры тройной точки воды. При этой температуре три фазы воды находятся в равновесии.

Шкала Кельвина и шкала Цельсия и Фаренгейта

Соотношение между шкалами Кельвина и Цельсия составляет от 273,16 до 273:

Точно так же путем подстановки получается соотношение между шкалами Кельвина и Фаренгейта:

Шкала Ренкина

Шкала Ренкина была предложена Уильямом Рэнкином, инженером шотландского происхождения (1820-1872). Пионер промышленной революции, он внес большой вклад в термодинамику. В 1859 году он предложил шкалу абсолютных температур, установив ноль на -459,67 ° F.

На этой шкале размер градусов такой же, как на шкале Фаренгейта. Шкала Ренкина обозначается буквой R, и, как и в случае шкалы Кельвина, ее значения называются не градусами, а скорее ранкинами.

Таким образом:

0 K = 0 R = −459,67 ° F = - 273,15 ºC

Таким образом, вот преобразования, необходимые для перехода к шкале Ренкина из любой из уже описанных:

Рисунок 2. Преобразование температурной шкалы Ренкина. Источник: Ф. Сапата.

Шкала Реомюра

Другой ранее использовавшейся температурной шкалой является шкала Реомюра, которая обозначается как градусы или ºR. В настоящее время он не используется, хотя широко использовался в Европе, пока не был заменен шкалой Цельсия.

Он был создан Рене-Антуаном Фершо де Реомюр (1683-1757) около 1731 года. Его эталоны: 0 ° R для точки замерзания воды и 80 ° R для точки кипения.

Как видно, он совпадает с нулевой шкалой Цельсия, но, конечно, не с другими значениями. Это связано со шкалой Цельсия:

А поскольку температуры должны совпадать, то T _ºC = T _ºF = x, отсюда следует, что:

Когда T _ºC = -40 ºC, также T _ºF = -40 ºF

Упражнение 2.

Пар, выходящий из бойлера, имеет температуру 610 ºR. Найдите температуру в градусах Фаренгейта и в градусах Цельсия.

Решение

Таким образом, используются эквиваленты, найденные в разделе шкалы _{Реомюра} : T _ºC = (5/4) T _ºR = (5/4). 610 ° С = 762,5 ° С.

Затем вы можете преобразовать это найденное значение в градусы Фаренгейта или использовать другое из упомянутых преобразований:

Или этот другой, который дает тот же результат: T _ºR = (4/9) (T _ºF - 32)

_{Решается} : T _ºF = (9/4) T _ºR + 32 = (9/4) 610 + 32 ºF = 1404,5 ºF.

Сводка конверсий

Таким образом, в следующей таблице представлены преобразования для всех описанных шкал:

Рисунок 3. Таблица преобразований температурных шкал. Источник: Ф. Сапата.

Ссылки

1. Температурные шкалы. Получено с: thales.cica.es.
2. Найт, р. 2017. Физика для ученых и инженерии: стратегический подход. Пирсон.
3. Тиллери, б. 2012. Физические науки. Макгроу Хилл.
4. Wikipedia. Градус Цельсия. Получено с: es.wikipedia.org
5. Wikipedia. Степень Фаренгейта. Получено с: es.wikipedia.org.
6. Wikipedia. Ренкина. Получено с: es.wikipedia.org.