Das thermometrische Skalen sind solche, die bei der Messung der Temperatur verwendet werden, einer skalaren Größe, die zur Quantifizierung der Wärmeenergie eines Systems dient. Das zur Temperaturmessung verwendete Gerät, dh ein Thermometer, muss eine Skala enthalten, um den Messwert erfassen zu können.
Um eine geeignete Skala zu erstellen, müssen Sie zwei Referenzpunkte nehmen und das Intervall zwischen ihnen teilen. Diese Unterteilungen werden als Grade bezeichnet. Auf diese Weise wird die Temperatur des zu messenden Objekts, bei der es sich um die Temperatur des Kaffees, des Bades oder der Körpertemperatur handeln kann, mit der auf dem Instrument angegebenen Referenz verglichen.
Die am häufigsten verwendeten Temperaturskalen sind die Skalen Celsius, Fahrenheit, Kelvin und Rankine. Sie sind alle gleichermaßen zur Temperaturmessung geeignet, da die als Referenz ausgewählten Punkte beliebig sind..
Sowohl in der Celsius-Skala als auch in der Fahrenheit-Skala zeigt die Null der Skala nicht das Fehlen von Temperatur an. Aus diesem Grund sind sie relative Skalen. Andererseits repräsentiert 0 für die Kelvin-Skala und die Rankine-Skala die Beendigung der molekularen Aktivität, daher werden sie berücksichtigt absolute Skalen.
Diese Skala wurde vom schwedischen Astronomen Anders C. Celsius (1701-1744) aus dem 18. Jahrhundert um 1735 erfunden. Sehr intuitiv verwendet diese Skala den Gefrierpunkt und den Siedepunkt von Wasser bei normalem atmosphärischem Druck (1 atm) als Bezugspunkte.
Wasser ist eine universelle Substanz, die dafür sehr gut geeignet ist, und ihre Werte sind im Labor leicht zu erhalten.
Auf der Celsius-Skala entspricht der Gefrierpunkt von Wasser 0 ° C und der Siedepunkt 100 ° C, obwohl Celsius sie ursprünglich umgekehrt vorgeschlagen hatte und später die Reihenfolge umgekehrt wurde. Zwischen diesen beiden Referenzwerten gibt es 100 identische Unterteilungen, weshalb es manchmal als Celsius-Skala bezeichnet wird..
Um eine Äquivalenz zwischen Grad Celsius und anderen Temperaturskalen herzustellen, müssen zwei Aspekte berücksichtigt werden:
y = m.x + b
-Sie müssen die Referenzpunkte beider Skalen kennen.
Lass T.ºC die Temperatur auf der Celsius-Skala und T.ºF die Temperatur auf der Fahrenheit-Skala, daher:
T.ºC = m. T.ºF + b
Es ist bekannt, dass 0 ° C = 32 ° F und 100 ° C = 212 ° F sind. Wir ersetzen diese Werte in der vorherigen Gleichung und erhalten:
0 = 32 m + b
100 = 212 m + b
Dies ist ein System aus zwei linearen Gleichungen mit zwei Unbekannten, das mit jeder der bekannten Methoden gelöst werden kann. Zum Beispiel durch Reduktion:
100 = 212 m + b
0 = -32 m - b
________________
100 = 180 m
m = 100/180 = 5/9
Wissen m, wir erhalten b durch Substitution:
b = -32 m = -32. (5/9) = -160/9
Jetzt ersetzen wir die Werte von m Y. b in unserer Äquivalenzgleichung zu erhalten:
T.ºC = (5/9). T.ºF - (160/9) = (5TºF -160) / 9
Gleichwertig: T.ºC = (5/9). (T.ºF - 32)
Diese Gleichung ermöglicht es, Grad Fahrenheit direkt an Grad Celsius zu übergeben, indem Sie einfach den Wert schreiben, in dem T erscheintºF.
Es wurden viele Experimente durchgeführt, um zu versuchen, den absoluten Nullpunkt der Temperatur zu messen, dh den Wert, bei dem die gesamte molekulare Aktivität in einem Gas verschwindet. Diese Temperatur liegt nahe bei -273 ºC.
Sein T.K. Die Temperatur in Kelvin - das Wort "Grad" wird für diese Skala nicht verwendet - ist die Äquivalenz:
T.ºC = T.K. - 273
Das heißt, die Skalen unterscheiden sich darin, dass die Kelvin-Skala keine negativen Werte hat. In der Beziehung Celsius - Fahrenheit beträgt die Steigung der Linie 5/9 und in diesem Fall 1.
Kelvin und Grad Celsius sind gleich groß, nur dass die Kelvin-Skala, wie aus dem Obigen ersichtlich, keine negativen Temperaturwerte enthält..
Daniel Fahrenheit (1686-1736) war ein in Polen geborener Physiker deutscher Herkunft. Um 1715 stellte Fahrenheit ein Thermometer mit einer Skala her, die auf zwei willkürlich gewählten Referenzpunkten basierte. Seitdem ist es im englischsprachigen Raum weit verbreitet.
Ursprünglich wählte Fahrenheit die Temperatur einer Mischung aus Eis und Salz für den unteren Sollwert und stellte sie auf 0 ° ein. Für den anderen Punkt wählte er die Temperatur des menschlichen Körpers und stellte sie auf 100 Grad ein..
Wie erwartet hatte er einige Probleme, die "normale" Körpertemperatur zu bestimmen, da sie sich im Laufe des Tages oder von einem Tag zum nächsten ändert, ohne dass die Person notwendigerweise krank ist..
Es stellt sich heraus, dass es völlig gesunde Menschen mit einer Körpertemperatur von 99,1ºF gibt, während es für andere normal ist, 98,6ºF zu haben. Letzteres ist der Durchschnittswert für die allgemeine Bevölkerung.
Daher mussten sich die Referenzpunkte der Fahrenheit-Skala für den Gefrierpunkt von Wasser ändern, der auf 32 ° F und den Siedepunkt auf 212 ° F eingestellt war. Schließlich wurde die Skala in 180 gleiche Intervalle unterteilt.
Aus der oben gezeigten Gleichung folgt:
T.ºF = (9/5) T.ºC + 32
Genauso können wir es so betrachten: Die Celsius-Skala hat 100 Grad, während die Fahrenheit-Skala 180 Grad hat. Dann gibt es für jede Zunahme oder Abnahme von 1 ºC eine Zunahme oder Abnahme von 1,8 ºF = (9/5) ºF
Suchen Sie anhand der vorherigen Gleichungen eine Formel, mit der Sie von Grad Fahrenheit auf eine Kelvin-Skala wechseln können:
Das wissen: T.ºC = T.K. - 273 und durch Einsetzen in die bereits abgeleitete Gleichung haben wir:
T.ºC = T.K. - 273
Deshalb: T.ºF = (9/5) (T.K. - 273) + 32 = (9/5) T.K. - 459.4
William Thomson (1824-1907), Lord Kelvin, schlug eine Skala ohne willkürliche Bezugspunkte vor. Dies ist die absolute Temperaturskala, die seinen Namen trägt und 1892 vorgeschlagen wurde. Sie hat keine negativen Temperaturwerte, da die absolute 0 die niedrigstmögliche Temperatur ist..
Bei einer Temperatur von 0 K hat jede Bewegung der Moleküle vollständig aufgehört. Dies ist die International System (SI) -Skala, obwohl die Celsius-Skala auch als Zubehöreinheit betrachtet wird. Denken Sie daran, dass auf der Kelvin-Skala keine "Grad" verwendet werden. Daher wird jede Temperatur als numerischer Wert plus der Einheit ausgedrückt, die als "Kelvin" bezeichnet wird..
Bisher war es nicht möglich, den absoluten Nullpunkt zu erreichen, aber die Wissenschaftler sind ziemlich nahe gekommen.
In Laboratorien, die auf niedrige Temperaturen spezialisiert sind, ist es ihnen tatsächlich gelungen, Natriumproben auf 700 Nanokelvin oder 700 x 1010 zu kühlen-9 Kelvin. Andererseits ist am anderen Ende der Skala bekannt, dass eine nukleare Explosion Temperaturen von 100 oder mehr Millionen Kelvin erzeugen kann.
Jedes Kelvin entspricht 1 / 273,16 Teilen der Temperatur des Tripelpunktes von Wasser. Bei dieser Temperatur sind die drei Wasserphasen im Gleichgewicht.
Die Beziehung zwischen der Kelvin- und der Celsius-Skala ist -rund 273,16 bis 273-:
T.K. = T.ºC + 273
In ähnlicher Weise wird durch Substitution eine Beziehung zwischen der Kelvin- und der Fahrenheit-Skala erhalten:
T.K. = 5 (T.ºF + 459,4) / 9
Die Rankine-Skala wurde von William Rankine, einem in Schottland geborenen Ingenieur (1820-1872), vorgeschlagen. Als Pionier der industriellen Revolution leistete er einen großen Beitrag zur Thermodynamik. 1859 schlug er eine absolute Temperaturskala vor, die bei –459,67 ° F Null setzte.
Auf dieser Skala ist die Größe der Grad dieselbe wie auf der Fahrenheit-Skala. Die Rankine-Skala wird als R bezeichnet, und wie bei der Kelvin-Skala werden ihre Werte nicht als Grad, sondern als Rankine bezeichnet.
So:
0 K = 0 R = –459,67 ° F = –273,15 ° C.
Zusammenfassend sind hier die notwendigen Konvertierungen aufgeführt, um von einer der bereits beschriebenen auf die Rankine-Skala zu gelangen:
Eine andere zuvor verwendete Temperaturskala ist die Réaumur-Skala, die als Grad oder ºR bezeichnet wird. Es wird derzeit nicht mehr verwendet, obwohl es in Europa weit verbreitet war, bis es durch die Celsius-Skala verdrängt wurde.
Es wurde von René-Antoine Ferchault de Réaumur (1683-1757) um 1731 erstellt. Seine Referenzen sind: 0 ° R für den Gefrierpunkt von Wasser und 80 ° R für den Siedepunkt.
Wie zu sehen ist, stimmt es mit der Celsius-Skala bei Null überein, aber sicherlich nicht bei den anderen Werten. Es hängt mit der Celsius-Skala zusammen 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
Suchen Sie den numerischen Wert, bei dem die Celsius-Skala mit der Fahrenheit-Skala übereinstimmt.
Wie wir in den vorhergehenden Abschnitten gesehen haben, stimmen diese Skalen nicht überein, 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) = (5TºF -160) / 9
Und da müssen die Temperaturen dann übereinstimmen T.ºC = T.ºF = x, es folgt dem:
x = (5x - 160) / 9
9x = 5x -160
4x = -160
x = - 40
Wann T.ºC = -40 ºC, ebenfalls T.ºF = -40ºF
Der aus einem Kessel austretende Dampf hat eine Temperatur von 610 ºR. Ermitteln der Temperatur in Grad Fahrenheit und Grad Celsius.
Die im Abschnitt zur Réaumur-Skala gefundenen Äquivalenzen werden daher verwendet: T.ºC=(5/4) T.ºR = (5/4). 610 ° C = 762,5 ° C..
Sie können diesen gefundenen Wert sofort in Grad Fahrenheit konvertieren oder eine der anderen 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 liefert: T.ºR = (4/9)(T.ºF - 32)
Es wird klar: T.ºF = (9/4) T.ºR + 32 = (9/4) 610 + 32 ºF = 1404,5 ºF.
Zusammenfassend enthält die folgende Tabelle die Konvertierungen für alle beschriebenen Skalen:
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