De thermometrische schalen zijn degene die worden gebruikt bij het meten van temperatuur, een scalaire grootheid die dient om de thermische energie van een systeem te kwantificeren. Het apparaat dat wordt gebruikt om de temperatuur te meten, dat wil zeggen een thermometer, moet een schaal hebben om de meting te kunnen uitvoeren.
Om een geschikte schaal te construeren, moet u twee referentiepunten nemen en het interval ertussen verdelen. Deze divisies worden graden genoemd. Op deze manier wordt de temperatuur van het te meten object, dat kan de temperatuur van de koffie, het bad of de lichaamstemperatuur zijn, vergeleken met de referentie die op het instrument is aangegeven..
De meest gebruikte temperatuurschalen zijn de schalen van Celsius, Fahrenheit, Kelvin en Rankine. Ze zijn allemaal even geschikt voor het meten van temperatuur, aangezien de als referentie geselecteerde punten willekeurig zijn..
Zowel op de schaal van Celsius als op de schaal van Fahrenheit geeft de nul van de schaal niet de afwezigheid van temperatuur aan. Om deze reden zijn ze relatieve schalen. Aan de andere kant, voor de Kelvin-schaal en de Rankine-schaal, vertegenwoordigt 0 het stoppen van moleculaire activiteit, daarom worden ze beschouwd als absolute schalen.
Deze schaal is uitgevonden door de 18e eeuwse Zweedse astronoom Anders C. Celsius (1701-1744), rond 1735. Zeer intuïtief gebruikt deze schaal het vriespunt en het kookpunt van water bij normale atmosferische druk (1 atm) als referentiepunten.
Water is een universele stof die hiervoor zeer geschikt is, en de waarden zijn gemakkelijk te verkrijgen in het laboratorium.
Op de schaal van Celsius komt het vriespunt van water overeen met 0 ° C en het kookpunt met 100 ° C, hoewel Celsius ze oorspronkelijk andersom had voorgesteld en later werd de volgorde omgekeerd. Tussen deze twee referentiewaarden zijn er 100 identieke indelingen, daarom wordt het ook wel de schaal in graden Celsius genoemd..
Om een gelijkwaardigheid tussen graden Celsius en andere temperatuurschalen vast te stellen, moet met twee aspecten rekening worden gehouden:
y = m.x + b
-U moet de referentiepunten van beide schalen kennen.
Laat TºC de temperatuur op de schaal van Celsius en TºF de temperatuur op de Fahrenheit-schaal, dus:
TºC = m. TºF + b
Het is bekend dat 0ºC = 32ºF en 100ºC = 212ºF. We vervangen deze waarden in de vorige vergelijking en we krijgen:
0 = 32m + b
100 = 212m + b
Dit is een systeem van twee lineaire vergelijkingen met twee onbekenden, die met elk van de bekende methoden kunnen worden opgelost. Bijvoorbeeld door reductie:
100 = 212m + b
0 = -32m - b
100 = 180m
m = 100/180 = 5/9
Weten m, we verkrijgen b door vervanging:
b = -32m = -32. (5/9) = -160/9
Nu vervangen we de waarden van m Y b in onze equivalentievergelijking om te verkrijgen:
TºC = (5/9). TºF - (160/9) = (5TºF -160) / 9
Equivalent: TºC = (5/9). (T.ºF - 32)
Deze vergelijking maakt het mogelijk om graden Fahrenheit rechtstreeks naar graden Celsius te laten gaan, gewoon door de waarde te schrijven waar T verschijntºF.
Er zijn veel experimenten uitgevoerd om te proberen het absolute nulpunt van de temperatuur te meten, dat wil zeggen de waarde waarvoor alle moleculaire activiteit in een gas verdwijnt. Deze temperatuur is bijna -273 ºC.
Worden TK de temperatuur in Kelvin -het woord "graad" wordt niet gebruikt voor deze schaal-, de gelijkwaardigheid is:
TºC = TK - 273
Dat wil zeggen, de schalen verschillen doordat de Kelvin-schaal geen negatieve waarden heeft. In de relatie Celsius - Fahrenheit is de helling van de lijn gelijk aan 5/9 en in dit geval is deze gelijk aan 1.
Kelvin en graden Celsius hebben dezelfde grootte, alleen dat de Kelvin-schaal, zoals hierboven te zien is, geen negatieve temperatuurwaarden bevat..
Daniel Fahrenheit (1686-1736) was een in Polen geboren natuurkundige van Duitse afkomst. Rond 1715 maakte Fahrenheit een thermometer met een schaal op basis van twee willekeurig gekozen referentiepunten. Sindsdien wordt het veel gebruikt in Engelssprekende landen.
Oorspronkelijk koos Fahrenheit de temperatuur van een mengsel van ijs en zout voor het onderste instelpunt en stelde deze in op 0 °. Voor het andere punt koos hij de temperatuur van het menselijk lichaam en stelde deze in op 100 graden..
Zoals verwacht had hij wat moeite om te bepalen wat de "normale" lichaamstemperatuur is, omdat deze gedurende de dag verandert, of van de ene op de andere dag zonder dat de persoon noodzakelijkerwijs ziek is..
Het blijkt dat er totaal gezonde mensen zijn met een lichaamstemperatuur van 99,1 ºF, terwijl het voor anderen normaal is om 98,6 ºF te hebben. Dit laatste is de gemiddelde waarde voor de algemene bevolking.
Dus de referentiepunten op de Fahrenheit-schaal moesten veranderen voor het vriespunt van water, dat was ingesteld op 32ºF en het kookpunt op 212ºF. Ten slotte werd de schaal opgedeeld in 180 gelijke intervallen.
Uit de bovenstaande vergelijking volgt het volgende:
TºF = (9/5) TºC + 32
Op dezelfde manier kunnen we het als volgt beschouwen: de schaal van Celsius heeft 100 graden, terwijl de schaal van Fahrenheit 180 graden heeft. Vervolgens is er voor elke toename of afname van 1 ºC een toename of afname van 1,8 ºF = (9/5) ºF
Zoek met behulp van de voorgaande vergelijkingen een formule waarmee u van graden Fahrenheit naar een Kelvin-schaal kunt gaan:
Wetende dat: TºC = TK - 273 en vervangend in de vergelijking die al is afgeleid, hebben we:
TºC = TK - 273
Daarom: TºF = (9/5) (TK - 273) + 32 = (9/5) TK - 459,4
William Thomson (1824-1907), Lord Kelvin, stelde een schaal voor zonder willekeurige referentiepunten. Dit is de absolute temperatuurschaal die zijn naam draagt, voorgesteld in 1892. Hij heeft geen negatieve temperatuurwaarden, aangezien absolute 0 de laagst mogelijke temperatuur is..
Bij een temperatuur van 0 K is elke beweging van de moleculen volledig gestopt. Dit is de schaal van het International System (SI), hoewel de schaal van Celsius ook als een accessoire wordt beschouwd. Onthoud dat de Kelvin-schaal geen "graden" gebruikt, dus elke temperatuur wordt uitgedrukt als de numerieke waarde plus de eenheid, genaamd "kelvin"..
Tot dusverre is het niet gelukt om het absolute nulpunt te bereiken, maar wetenschappers zijn er heel dichtbij gekomen.
In laboratoria die gespecialiseerd zijn in lage temperaturen, zijn ze er inderdaad in geslaagd om natriummonsters af te koelen tot 700 nanokelvin of 700 x 1010-9 Kelvin. Aan de andere kant, aan de andere kant van de schaal, is het bekend dat een nucleaire explosie temperaturen kan genereren van 100 of meer miljoen Kelvin.
Elke Kelvin komt overeen met 1 / 273,16 delen van de temperatuur van het tripelpunt van water. Bij deze temperatuur zijn de drie fasen van water in evenwicht.
De relatie tussen de Kelvin- en Celsius-schalen is -rond 273,16 tot 273-:
TK = TºC + 273
Evenzo wordt door substitutie een verband tussen de Kelvin- en Fahrenheit-schalen verkregen:
TK = 5 (TºF + 459,4) / 9
De Rankine-schaal werd voorgesteld door William Rankine, een in Schotland geboren ingenieur (1820-1872). Als pionier van de industriële revolutie leverde hij een grote bijdrage aan de thermodynamica. In 1859 stelde hij een absolute temperatuurschaal voor, waarbij hij nul instelde op -459,67 ° F..
Op deze schaal is de grootte van de graden hetzelfde als op de Fahrenheit-schaal. De Rankine-schaal wordt aangeduid als R en net als bij de Kelvin-schaal worden de waarden niet graden genoemd, maar rankine.
Dus:
0 K = 0 R = -459,67 ° F = - 273,15 ºC
Samenvattend, hier zijn de noodzakelijke conversies om naar de Rankine-schaal te gaan van een van de reeds beschreven:
Een andere eerder gebruikte temperatuurschaal is de Réaumur-schaal, die wordt aangeduid als graden of ºR. Het is momenteel in onbruik, hoewel het op grote schaal werd gebruikt in Europa totdat het werd verplaatst door de schaal van Celsius.
Het werd gemaakt door René-Antoine Ferchault de Réaumur (1683-1757) rond 1731. De referenties zijn: 0 ° R voor het vriespunt van water en 80 ° R voor het kookpunt.
Zoals te zien valt het samen met de schaal van Celsius op nul, maar zeker niet bij de andere waarden. Het is gerelateerd aan de schaal in graden Celsius door:
TºR= (4/5) TºC
Er zijn ook andere gelijkwaardigheden:
TºR= (4/5) (T.K - 273) = (4/9)(T.ºF-32)= (4/5)(5.TR/ 9 - 273) = (4/9) TR - 218,4
Zoek de numerieke waarde waarbij de schaal in graden Celsius overeenkomt met de schaal in Fahrenheit.
Zoals we in de vorige paragrafen hebben gezien, vallen deze schalen niet samen, aangezien de referentiepunten verschillend zijn; het is echter mogelijk om een waarde te vinden X, zodat het op beide schalen dezelfde temperatuur vertegenwoordigt. Daarom wordt de vergelijking genomen:
TºC = (5/9). TºF - (160/9) = (5TºF -160) / 9
En aangezien de temperaturen moeten overeenkomen, dus TºC = TºF = x, het volgt dat:
x = (5x - 160) / 9
9x = 5x -160
4x = -160
x = - 40
Wanneer TºC = -40 ºC, ook TºF = -40ºF
De stoom die uit een boiler komt, heeft een temperatuur van 610 ºR. De temperatuur vinden in graden Fahrenheit en graden Celsius.
De equivalenties gevonden in het schaalgedeelte van Réaumur worden daarom gebruikt: TºC(5/4) TºR = (5/4). 610 º C = 762,5 ºC.
U kunt deze gevonden waarde onmiddellijk omrekenen naar graden Fahrenheit, of een van de andere genoemde conversies gebruiken:
TºF = (9/5) TºC + 32 = (9/5) 762,5 + 32 ºC = 1404,5 ºF
Of deze andere, die hetzelfde resultaat geeft: TºR = (4/9)(T.ºF - 32)
Het wist: TºF = (9/4) TºR + 32 = (9/4) 610 + 32 ºF = 1404,5 ºF.
Samengevat geeft de volgende tabel de conversies voor alle beschreven schalen:
Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.