THERMOMETRIC SCALE: MGA PORMULA, HALIMBAWA, MALULUTAS NA EHERSISYO - PISIKAL - 2025

Ang mga kaliskis ng thermometric ay ang mga ginamit sa pagsukat ng temperatura, scale scale na ginamit upang mabuo ang thermal energy ng isang system. Ang aparato na ginamit upang masukat ang temperatura, iyon ay, isang thermometer, ay dapat isama ang isang scale upang magawa ang pagbasa.

Upang magtayo ng isang naaangkop na sukat, kailangan mong kumuha ng dalawang mga sanggunian na puntos at hatiin ang agwat sa pagitan nila. Ang mga dibisyong ito ay tinatawag na degree. Sa ganitong paraan, ang temperatura ng bagay na susukat, na maaaring maging temperatura ng kape, paliguan o temperatura ng katawan, ay inihambing sa sanggunian na minarkahan sa instrumento.

Larawan 1. Nagtapos ang termometro sa scale ng Celsius. Pinagmulan: Pixabay.

Ang pinaka-karaniwang ginagamit na mga timbangan sa temperatura ay ang mga kaliskis ng Celsius, Fahrenheit, Kelvin at Rankine. Ang lahat ay pantay na angkop para sa pagsukat ng temperatura, dahil ang mga puntos na napili bilang mga puntos ng sanggunian ay di-makatwiran.

Sa parehong scale ng Celsius at ang Fahrenheit scale, ang zero ng scale ay hindi nagpapahiwatig ng kawalan ng temperatura. Para sa kadahilanang ito ay mga kamag-anak na kaliskis. Sa kabilang banda, para sa scale ng Kelvin at ang ranggo ng Rankine, 0 ay kumakatawan sa pagtigil ng aktibidad ng molekular, samakatuwid ay itinuturing silang ganap na mga kaliskis.

Celsius scale

Ang scale na ito ay naimbento ng ika-18 siglo siglo astronomo ng Suweko na si Anders C. Celsius (1701-11744), sa paligid ng 1735. Napaka intuitive, ang scale na ito ay gumagamit ng freeze point at ang kumukulong punto ng tubig sa normal na presyon ng atmospera (1 atm) bilang sanggunian.

Ang tubig ay isang unibersal na sangkap na angkop para dito, at ang mga halaga nito ay madaling makuha sa laboratoryo.

Sa scale ng Celsius, ang nagyeyelong punto ng tubig ay kung saan ay tumutugma sa 0 ° C at ang punto ng kumukulo sa 100 ° C, bagaman sa orihinal na iminungkahi ni Celsius sa kanila sa iba pang paraan at sa bandang huli ay nabaligtad ang pagkakasunud-sunod. Sa pagitan ng dalawang mga halagang sangguniang ito ay may 100 magkaparehong mga dibisyon, na kung bakit kung minsan ay tinukoy ito bilang ang scale ng sentigrade.

Pagkakapantay-pantay

Upang makapagtatag ng isang pagkakapareho sa pagitan ng mga degree Celsius at iba pang mga antas ng temperatura, dapat isaalang-alang ang dalawang aspeto:

-Ang ugnayan sa pagitan ng Celsius scale at ang iba pang scale ay magkatugma, samakatuwid ito ay sa anyo:

y = mx + b

-May dapat mong malaman ang mga sanggunian na puntos ng parehong mga kaliskis.

Halimbawa: pagkakapareho sa pagitan ng mga kaliskis ng Celsius at Fahrenheit

Hayaan ang T _ºC ang temperatura sa scale ng Celsius at T _ºF ang temperatura sa Fahrenheit scale, samakatuwid:

Ito ay kilala na 0ºC = 32ºF at 100ºC = 212ºF. Pinalitan namin ang mga halagang ito sa nakaraang equation at nakuha namin:

Ito ay isang sistema ng dalawang linear equation na may dalawang hindi alam, na maaaring malutas ng alinman sa mga kilalang pamamaraan. Halimbawa, sa pamamagitan ng pagbawas:

________________

Alam ang m, nakukuha namin ang b sa pamamagitan ng pagpapalit:

Ngayon ay isinasaksak namin ang mga halaga ng m at b sa aming pagkakapantay-pantay upang makuha:

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

Patas: T _{° C} = (5/9). (T _ºF - 32)

Ang ekwasyong ito ay nagpapahintulot sa pagpasa ng degree sa Fahrenheit sa mga direktang Celsius, sa pamamagitan lamang ng pag-type ng halaga kung saan lilitaw ang T _ºF .

Halimbawa: pagkakapantay-pantay sa pagitan ng mga kaliskis ng Celsius at Kelvin

Maraming mga eksperimento ang isinagawa upang subukang sukatin ang ganap na zero ng temperatura, iyon ay, ang halaga kung saan ang lahat ng aktibidad ng molekula ay nawala sa isang gas. Ang temperatura na ito ay malapit sa -273 ºC.

Hayaan ang T _{K na} ang temperatura sa kelvin-ang salitang "degree" ay hindi ginagamit para sa scale na ito, ang katumbas ay:

Iyon ay, ang mga kaliskis ay naiiba sa na ang scale ng Kelvin ay walang negatibong mga halaga. Sa relasyon na Celsius - Fahrenheit, ang slope ng linya ay katumbas ng 5/9 at sa kasong ito ay katumbas ito ng 1.

Ang mga Kelvins at degree Celsius ay magkaparehong sukat, tanging ang scale ng Kelvin, tulad ng makikita mula sa naunang nabanggit, ay hindi kasama ang mga negatibong halaga ng temperatura.

Scale ng Fahrenheit

Si Daniel Fahrenheit (1686–1736) ay isang physicist na ipinanganak sa Poland na nagmula sa Aleman. Sa paligid ng 1715, si Fahrenheit ay gumawa ng isang termometro na may sukat batay sa dalawang di-makatwirang napiling mga punto ng sanggunian. Simula noon ito ay malawak na ginagamit sa mga bansang nagsasalita ng Ingles.

Orihinal na pinili ni Fahrenheit ang temperatura ng isang halo ng yelo at asin para sa mas mababang hanay ng hanay at itakda ito bilang 0 °. Para sa iba pang punto, pinili niya ang temperatura ng katawan ng tao at itakda ito sa 100 degree.

Hindi nakakagulat, nagkaroon siya ng ilang problema sa pagtukoy kung ano ang "normal" na temperatura ng katawan, dahil nagbabago ito sa buong araw, o mula sa isang araw hanggang sa susunod, nang walang taong kinakailangang magkasakit.

Ito ay lumiliko na may ganap na malusog na mga tao na may temperatura ng katawan na 99.1ºF, habang para sa iba normal na ang pagkakaroon ng 98.6ºF. Ang huli ay ang average na halaga para sa pangkalahatang populasyon.

Kaya't ang mga puntos ng sanggunian sa Fahrenheit ay kailangang magbago para sa pagyeyelo ng tubig, na itinakda sa 32ºF at ang punto ng kumukulo sa 212ºF. Sa wakas, ang scale ay nahahati sa 180 pantay na agwat.

I-convert ang degree Fahrenheit sa mga degree Celsius

Mula sa equation na ipinakita sa itaas, sumusunod ito sa:

Sa parehong paraan, maaari nating isaalang-alang ito: ang scale ng Celsius ay may 100 degree, habang ang scale ng Fahrenheit ay may 180 degree. Kaya, para sa bawat pagtaas o pagbaba ng 1 ºC, mayroong isang pagtaas o pagbaba ng 1.8 ºF = (9/5) ºF

Halimbawa

Gamit ang nakaraang mga equation, maghanap ng isang pormula na nagbibigay-daan sa pagpunta mula sa Fahrenheit hanggang sa Kelvin scale:

Alam na: T _ºC = T _K - 273 at pagpapalit sa ekwasyon na naibawas, mayroon kami:

T _ºC = T _K - 273

Samakatuwid: T _ºF = (9/5) (T _K - 273) + 32 = (9/5) T _K - 459.4

Scale ng Kelvin

Si William Thomson (1824–1907), Lord Kelvin, ang nagmungkahi ng isang sukat nang walang mga di-makatwirang mga puntos ng sanggunian. Ito ang ganap na scale ng temperatura na nagdala ng kanyang pangalan, na iminungkahi noong 1892. Wala itong negatibong mga halaga ng temperatura, dahil ang ganap na 0 ay ang pinakamababang posibleng temperatura.

Sa temperatura ng 0 K anumang kilusan ng mga molekula ay ganap na tumigil. Ito ang scale ng International System (SI), bagaman ang scale ng Celsius ay itinuturing din na yunit ng accessory. Alalahanin na ang scale ng Kelvin ay hindi gumagamit ng "mga degree", kaya ang anumang temperatura ay ipinahayag bilang ang halaga ng numero kasama ang yunit, na tinatawag na "kelvin".

Sa ngayon hindi pa posible na maabot ang ganap na zero, ngunit ang mga siyentipiko ay naging malapit na.

Sa katunayan, sa mga laboratoryo na dalubhasa sa mababang temperatura, pinamamahalaan nila na palamig ang mga sample ng sodium sa 700 nanokelvin o 700 x 1010 ^-9 kelvin. Sa kabilang banda, patungo sa kabilang dulo ng scale, kilala na ang isang pagsabog ng nukleyar ay maaaring makabuo ng mga temperatura ng 100 o higit pang milyong kelvin.

Ang bawat kelvin ay tumutugma sa 1 / 273.16 na bahagi ng temperatura ng triple point ng tubig. Sa temperatura na ito ang tatlong yugto ng tubig ay nasa balanse.

Kelvin scale at mga kaliskis ng Celsius at Fahrenheit

Ang ugnayan sa pagitan ng mga kaliskis ng Kelvin at Celsius ay -rounding 273.16 hanggang 273-:

Katulad nito, sa pamamagitan ng pagpapalit, ang isang relasyon sa pagitan ng mga kaliskis ng Kelvin at Fahrenheit ay nakuha:

Ang scale ng ranggo

Ang scale ng Rankine ay iminungkahi ni William Rankine, isang inhinyero na ipinanganak sa Scottish (1820-1872). Isang payunir ng Industrial Revolution, gumawa siya ng malaking kontribusyon sa thermodynamics. Noong 1859, iminungkahi niya ang isang ganap na sukat ng temperatura, na nagtatakda ng zero sa −459.67 ° F.

Sa scale na ito ang laki ng mga degree ay kapareho ng sa scale ng Fahrenheit. Ang ranggo ng Rankine ay tinukoy bilang R at tulad ng scale ng Kelvin, ang mga halaga nito ay hindi tinawag na degree, ngunit sa halip na ranggo.

Kaya:

0 K = 0 R = −459.67 ° F = - 273.15 ºC

Sa buod, narito ang mga pagbabagong kinakailangan upang pumunta sa scale ng Rankine mula sa alinman sa inilarawan na:

Larawan 2. Mga conversion ng scale scale ng Rankine. Pinagmulan: F. Zapata.

Scale ng Réaumur

Ang isa pang dating ginamit na scale ng temperatura ay ang scale ng Réaumur, na kung saan ay ipinapahiwatig bilang degree o ºR. Kasalukuyan itong ginagamit sa pag-abuso, kahit na ito ay malawakang ginagamit sa Europa hanggang sa ito ay inilipat ng scale Celsius.

Nilikha ito ni René-Antoine Ferchault de Réaumur (1683-1757) bandang 1731. Ang mga sanggunian nito ay: 0 ° R para sa nagyeyelong punto ng tubig at 80 ° R para sa punto ng kumukulo.

Tulad ng nakikita, nag-tutugma ito sa scale ng Celsius sa zero, ngunit tiyak na hindi sa iba pang mga halaga. Ito ay nauugnay sa scale ng sentigrade sa pamamagitan ng:

At dahil ang mga temperatura ay dapat na nag-tutugma, pagkatapos ay T _ºC = T _ºF = x, sumusunod ito sa:

Kapag T _ºC = -40 ºC, din T _ºF = -40 ºF

Mag-ehersisyo 2

Ang singaw na lumalabas sa isang boiler ay nasa temperatura na 610 ºR. Hanapin ang temperatura sa mga degree Fahrenheit at sa mga degree Celsius.

Solusyon

Ang mga katumbas na natagpuan sa seksyon ng scale ng Réaumur ay ginagamit, samakatuwid: T _ºC = (5/4) T _ºR = (5/4). 610 ° C = 762.5 ° C

Pagkatapos ay mai-convert mo ang nahanap na halagang ito sa degree na Fahrenheit, o gumamit ng isa pang mga pagbabagong binanggit:

O kaya ang isa pa, na nagbibigay ng parehong resulta: T _ºR = (4/9) (T _ºF - 32)

Ito ay lutasin: T _ºF = (9/4) T _ºR + 32 = (9/4) 610 + 32 ºF = 1404.5 ºF.

Buod ng Mga Pagbabago

Sa buod, ang sumusunod na talahanayan ay nagbibigay ng mga conversion para sa lahat ng mga kaliskis na inilarawan:

Larawan 3. Talaan ng mga conversion para sa mga antas ng temperatura. Pinagmulan: F. Zapata.

Mga Sanggunian

1. Mga Scales ng temperatura. Nabawi mula sa: thales.cica.es.
2. Knight, R. 2017. Physics para sa Siyentipiko at Teknolohiya: isang Diskarte sa Diskarte. Pearson.
3. Tillery, B. 2012. Physical Science. McGraw Hill.
4. Wikipedia. Degree Celsius. Nabawi mula sa: es.wikipedia.org
5. Wikipedia. Degree ng Fahrenheit. Nabawi mula sa: es.wikipedia.org.
6. Wikipedia. Rankine. Nabawi mula sa: es.wikipedia.org.