ТЕРМОМЕТРИЈСКЕ ВАГЕ: ФОРМУЛЕ, ПРИМЕРИ, РЕШЕНЕ ВЕЖБЕ - ФИЗИЧКИ - 2025

У термичкој скала су они користе у мерењу температуре, магнитуда скала користити за квантификовање топлотну енергију система. Уређај који се користи за мерење температуре, односно термометар, мора да садржи меру која може да прими очитавање.

Да бисте конструисали одговарајућу скалу, морате узети две референтне тачке и поделити интервал између њих. Ове поделе се називају степени. На овај начин се упоређује температура објекта који се мери, а може бити температура кафе, купељи или телесна температура са референцом означеном на инструменту.

Слика 1. Термометар је степенаст по Целзијусовој скали. Извор: Пикабаи.

Најчешће се користе температурне скале Целзијуса, Фаренхејта, Келвина и Ранкине. Сви су подједнако погодни за мерење температуре, пошто су тачке одабране као референтне тачке произвољне.

И у Целзијевој скали и Фаренхеитовој скали, нула скале не указује на одсуство температуре. Из тог разлога су релативне ваге. С друге стране, за Келвину скалу и Ранкине скалу 0 представља престанак молекуларне активности, па се стога сматрају апсолутним скалама.

Целзијусова скала

Ову скали је изумио шведски астроном из 18. века Андерс Ц. Целсиус (1701–1744), око 1735. Веома интуитивно, та скала користи тачку ледишта и тачку кључања воде при нормалном атмосферском притиску (1 атм) као референтне тачке.

Вода је универзална супстанца веома погодна за то, а њене вредности је лако добити у лабораторији.

На Целзијусовој скали тачка замрзавања воде је она која одговара 0 ° Ц, а тачка кључања до 100 ° Ц, мада их је првобитно Целзијус предложио обрнуто, а касније је редослед промењен. Између ове двије референтне вриједности постоји 100 идентичних подјела, због чега се понекад назива и центиградна скала.

Еквиваленције

Да би се успоставила еквиваленција између степени Целзијуса и других температурних скала, морају се узети у обзир два аспекта:

- Однос између Целзијусове скале и друге скале је линеаран, дакле има облик:

и = мк + б

-Морате знати референтне тачке обе скале.

Пример: еквиваленција између Целзијусове и Фаренхеитске скале

Нека је Т _{° Ц} температура на Целзијусовој скали и Т ° _Ф температура на _{Фаренхеитовој} скали, дакле:

Познато је да је 0ºЦ = 32ºФ и 100ºЦ = 212ºФ. Те вредности замјењујемо у претходној једначини и добијамо:

Ово је систем од две линеарне једначине са две непознанице, које се могу решити било којим од познатих метода. На пример, смањењем:

________________

Знајући м, добијамо б супституцијом:

Сада повезујемо вредности м и б у нашу једначину еквиваленције да бисмо добили:

Т _{° Ц} = (5/9). Т _ºФ - (160/9) = (5Т _ºФ -160) / 9

Еквивалентно: Т _{° Ц} = (5/9). (Т _ºФ - 32)

Ова једначина омогућава директно преношење степени Фаренхеита у степени Целзијуса, само укуцавањем вредности тамо где се појављује Т _ºФ .

Пример: еквиваленција између Целзијусове и Келвинске скале

Проведено је много експеримената како би се покушало измерити апсолутна нула температуре, односно вредности за коју сва молекуларна активност нестаје у гасу. Ова температура је близу -273 ° Ц.

Нека је Т _К температура у келвину - за ову меру се не користи реч „степен“, еквиваленција је:

Односно, ваге се разликују по томе што Келвинова скала нема негативне вредности. У односу Целзијус - Фаренхејт, нагиб линије је једнак 5/9 и у овом случају је једнак 1.

Келвини и степени Целзијуса су исте величине, само што Келвинска скала, као што се види из претходног, не укључује негативне вредности температуре.

Фаренхејтова скала

Даниел Фахренхеит (1686–1736) био је пољски физичар немачког порекла. Око 1715. Фахренхеит је направио термометар са скалом заснованом на две произвољно изабране референтне тачке. Од тада се широко користи у земљама које говоре енглески језик.

Првобитно је Фахренхеит одабрао температуру мешавине леда и соли за доњу задану тачку и поставио је 0 °. За другу тачку, одабрао је температуру људског тела и подесио је на 100 степени.

Изненађујуће је имао проблема с одређивањем „нормалне“ телесне температуре, јер се она мења током дана, или из дана у дан, а да особа није болесна.

Испада да постоје потпуно здрави људи са телесном температуром од 99,1ºФ, док је за друге нормално да имају 98,6ºФ. Ово последње је просечна вредност за општу популацију.

Тако су референтне вредности Фаренхејтове скале морале да се мењају за тачку смрзавања воде, која је постављена на 32 ° Ф и тачку кључања на 212 ° Ф. На крају, скала је подељена на 180 једнаких интервала.

Претворите степени Фаренхеита у степени Целзијуса

Из горе приказане једнаџбе произлази да:

На исти начин можемо то сматрати овако: Целзијусова скала има 100 степени, док Фаренхејтова скала има 180 степени. Дакле, за свако повећање или смањење од 1 ° Ц, постоји повећање или смањење од 1,8 ºФ = (9/5) ºФ

Пример

Користећи претходне једначине, пронађите формулу која вам омогућава да пређете из Фаренхејта у Келвину скале:

Знајући да је: Т _ºЦ = Т _К - 273 и супституирајући у већ изведену једначину, имамо:

Т _{° Ц} = Т _К - 273

Дакле: Т _ºФ = (9/5) (Т _К - 273) + 32 = (9/5) Т _К - 459.4

Келвинова скала

Виллиам Тхомсон (1824–1907), Лорд Келвин, предложио је скали без произвољних референтних тачака. Ово је апсолутна температурна скала која носи његово име, предложена 1892. године. Нема негативне температурне вредности, пошто је апсолутна 0 најнижа могућа температура.

На температури од 0 К било какво кретање молекула је потпуно престало. Ово је скала међународног система (СИ), мада се Целзијусова скала такође сматра додатном јединицом. Запамтите да Келвинска скала не користи "степене", па је било која температура изражена као бројчана вредност плус јединица, која се назива "келвин".

До сада није било могуће достићи апсолутну нулу, али научници су се прилично приближили.

Заиста, у лабораторијама специјализованим за ниске температуре успели су да охладе узорке натријума на 700 нанокелвина или 700 к 1010 ^-9 келвина. С друге стране, према другом крају лествице, познато је да нуклеарна експлозија може да произведе температуре од 100 или више милиона келвина.

Сваки келвин одговара 1/273.16 дела температуре троструке тачке воде. На овој температури су три фазе воде у равнотежи.

Келвина скала и Целзијусова и Фаренхејтова скала

Однос између Келвина и Целзијусове ваге је око 273,16 до 273-:

Слично томе, супституцијом се добија однос између Келвинове и Фаренхејтове ваге:

Ранкине скала

Ранкине скалу предложио је Виллиам Ранкине, инжењер рођен у Шкотској (1820-1872). Пионир индустријске револуције, дао је велики допринос термодинамици. 1859. предложио је апсолутну температурну скалу, постављајући нулу на -459,67 ° Ф.

На овој скали величина степена је иста као и на Фаренхејтовој скали. Ранкин скала је означена као Р, а као и код Келвинове скале, њене вредности се не називају степени, већ ранином.

Тако:

0 К = 0 Р = -459,67 ° Ф = - 273,15 ° Ц

Укратко, овде су потребне конверзије да би се прешла на Ранкине лествицу од било које већ описане:

Слика 2. Претварања скале температурне скале. Извор: Ф. Запата.

Реаумур скала

Друга скала претходно коришћених температура је Реаумур-ова скала, која је означена као степени или ºР. Тренутно је у употреби, мада се у Европи широко користи док га није преместила Целзијусова скала.

Направио га је Рене-Антоине Ферцхаулт де Реаумур (1683-1757) око 1731. Његове референце су: 0 ° Р за тачку смрзавања воде и 80 ° Р за тачку кључања.

Као што се може видети, оно се поклапа са Целзијусовом скалом на нули, али сигурно не и код других вредности. Сродна је степениградној скали према:

А пошто се температуре морају подударати, тада је Т _{° Ц} = Т ° _Ф = к, слиједи сљедеће:

Када је Т _ºЦ = -40 ºЦ, такође Т _ºФ = -40 ºФ

Вежба 2

Пара која излази из котла је на температури од 610 ºР. Пронађите температуру у степени Фаренхеита и у степени Целзијуса.

Решење

Користе се еквиваленције пронађене у одељку Реаумур-ове скале: Т _ºЦ = (5/4) Т _ºР = (5/4). 610 ° Ц = 762,5 ° Ц

Затим можете да претворите ову пронађену вредност у степени Фаренхајта или употребите другу од поменутих конверзија:

Или овај други, који даје исти резултат: Т _ºР = (4/9) (Т _ºФ - 32)

_{Решава се} : Т _ºФ = (9/4) Т _ºР + 32 = (9/4) 610 + 32 ºФ = 1404,5 ºФ.

Резиме конверзија

Укратко, следећа табела пружа конверзије за све описане лествице:

Слика 3. Табела конверзија за температурну скалу. Извор: Ф. Запата.

Референце

1. Температурне ваге. Опоравак од: тхалес.цица.ес.
2. Книгхт, Р. 2017. Физика за научнике и инжењерство: стратешки приступ. Пеарсон.
3. Тиллери, Б. 2012. Физичка наука. МцГрав Хилл.
4. Википедиа. Степен Целзијуса. Опоравак од: ес.википедиа.орг
5. Википедиа. Фаренхеитски степен. Опоравак од: ес.википедиа.орг.
6. Википедиа. Ранкине. Опоравак од: ес.википедиа.орг.