TERMOMETRIK ÖLÇEKLER: FORMÜLLER, ÖRNEKLER, ÇÖZÜLMÜŞ ALIŞTIRMALAR - FIZIKSEL - 2025

Termometrik ölçekler sıcaklık ölçümü kullanılanlar, büyüklüğü ölçekli bir sistemin termal enerjinin ölçmek için kullanılmaktadır. Sıcaklığı ölçmek için kullanılan cihaz, yani bir termometre, okumayı alabilmek için bir ölçek içermelidir.

Uygun bir ölçek oluşturmak için iki referans noktası almalı ve aralığı aralarında bölmelisiniz. Bu bölümlere derece denir. Bu şekilde ölçülecek nesnenin sıcaklığı, yani kahvenin sıcaklığı, banyonun sıcaklığı veya vücut sıcaklığı, alet üzerinde işaretlenen referans ile karşılaştırılır.

Şekil 1. Santigrat ölçeğinde derecelendirilmiş termometre. Kaynak: Pixabay.

En yaygın kullanılan sıcaklık ölçekleri Celsius, Fahrenheit, Kelvin ve Rankine ölçekleri. Referans noktaları olarak seçilen noktalar gelişigüzel olduğundan hepsi sıcaklık ölçümü için eşit derecede uygundur.

Hem Santigrat ölçeğinde hem de Fahrenheit ölçeğinde, ölçeğin sıfırı sıcaklığın olmadığını göstermez. Bu nedenle göreceli ölçeklerdir. Öte yandan, Kelvin ölçeği ve Rankine ölçeği için, 0, moleküler aktivitenin kesilmesini temsil eder, dolayısıyla mutlak ölçekler olarak kabul edilirler.

Santigrat ölçeği

Bu ölçek, 18. yüzyıl İsveçli gökbilimci Anders C. Celsius (1701-1744) tarafından 1735 civarında icat edildi. Oldukça sezgisel olan bu ölçek, normal atmosfer basıncında (1 atm) suyun donma noktası ve kaynama noktasını kullanır. referans noktaları olarak.

Su buna çok uygun evrensel bir maddedir ve değerleri laboratuvarda elde edilmesi kolaydır.

Santigrat ölçeğinde, suyun donma noktası 0 ° C'ye ve kaynama noktası 100 ° C'ye karşılık gelen noktadır, ancak başlangıçta Santigrat bunları tam tersi şekilde önermiş ve daha sonra sıra tersine çevrilmiştir. Bu iki referans değer arasında 100 özdeş bölüm vardır, bu nedenle bazen santigrat ölçeği olarak bilinir.

eşdeğerleri

Santigrat derece ile diğer sıcaklık ölçekleri arasında bir denklik oluşturmak için iki husus dikkate alınmalıdır:

-Selsius ölçeği ile diğer ölçek arasındaki ilişki doğrusaldır, bu nedenle şu şekildedir:

y = mx + b

-Her iki ölçeğin referans noktalarını bilmeniz gerekir.

Örnek: Santigrat ve Fahrenhayt ölçekleri arasındaki eşdeğerlik

T _ºC Celsius ölçeğindeki sıcaklık ve T _ºF Fahrenheit ölçeğindeki sıcaklık olsun, bu nedenle:

0ºC = 32ºF ve 100ºC = 212ºF olduğu bilinmektedir. Bu değerleri önceki denklemde değiştiririz ve elde ederiz:

Bu, bilinen yöntemlerden herhangi biri ile çözülebilen, iki bilinmeyenli iki doğrusal denklem sistemidir. Örneğin, indirgeme yoluyla:

________________

M'yi bilerek, ikame ile b'yi elde ederiz:

Şimdi m ve b değerlerini denklik denklemimize koyup şunu elde ederiz:

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

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

Bu denklem, sadece T _ºF'nin göründüğü değeri yazarak Fahrenheit derecelerini doğrudan Santigrat derecelerine geçirmeye izin verir .

Örnek: Santigrat ve Kelvin ölçekleri arasındaki eşdeğerlik

Mutlak sıfır sıcaklığını, yani tüm moleküler aktivitenin bir gazda kaybolduğu değeri ölçmeye çalışmak için birçok deney yapılmıştır. Bu sıcaklık -273 ºC'ye yakındır.

T _K kelvin cinsinden sıcaklık olsun - bu ölçek için "derece" kelimesi kullanılmaz, denklik şudur:

Yani, ölçekler Kelvin ölçeğinin negatif değerlere sahip olmaması bakımından farklılık gösterir. Celsius - Fahrenheit ilişkisinde, doğrunun eğimi 5 / 9'a eşittir ve bu durumda 1'e eşittir.

Kelvin ve Santigrat derece aynı büyüklüktedir, sadece yukarıda da görülebileceği gibi Kelvin ölçeği negatif sıcaklık değerlerini içermez.

Fahrenheit ölçeği

Daniel Fahrenheit (1686-1736), Polonya doğumlu Alman kökenli bir fizikçiydi. 1715 civarında Fahrenheit, keyfi olarak seçilen iki referans noktasına dayalı bir ölçeğe sahip bir termometre yaptı. O zamandan beri İngilizce konuşulan ülkelerde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Başlangıçta Fahrenheit, daha düşük ayar noktası için buz ve tuz karışımının sıcaklığını seçti ve 0 ° olarak ayarladı. Diğer nokta için insan vücut ısısını seçip 100 dereceye ayarladı.

Şaşırtıcı olmayan bir şekilde, "normal" vücut sıcaklığının ne olduğunu belirlemekte bazı güçlükler yaşadı, çünkü bu kişi ille de hasta olmadan gün boyunca veya bir günden diğerine değişiyor.

99.1F vücut ısısına sahip tamamen sağlıklı insanlar olduğu ortaya çıkarken, diğerleri için 98.6ºF olması normaldir. İkincisi, genel nüfus için ortalama değerdir.

Bu nedenle Fahrenheit ölçeği referans noktaları, 32ºF'ye ve kaynama noktası 212ºF'ye ayarlanan donma noktası için değişmek zorunda kaldı. Son olarak ölçek 180 eşit aralığa bölünmüştür.

Fahrenheit derecesini Santigrat dereceye çevir

Yukarıda gösterilen denklemden şunu takip eder:

Aynı şekilde, şu şekilde düşünebiliriz: Santigrat ölçeği 100 dereceye, Fahrenhayt ölçeği ise 180 dereceye sahiptir. Yani, 1 ºC'lik her artış veya azalış için 1,8 ºF = (9/5) ºF'lik bir artış veya azalma olur.

Misal

Önceki denklemleri kullanarak Fahrenheit'ten Kelvin ölçeğine geçmenizi sağlayan bir formül bulun:

Bunu bilerek: T _ºC = T _K - 273 ve zaten çıkarılan denklemde ikame edersek, elimizde:

T _ºC = T _K - 273

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

Kelvin ölçeği

William Thomson (1824-1907), Lord Kelvin, keyfi referans noktaları olmayan bir ölçek önerdi. Bu, 1892'de önerilen, adını taşıyan mutlak sıcaklık ölçeğidir. Mutlak 0, mümkün olan en düşük sıcaklık olduğu için, negatif sıcaklık değerlerine sahip değildir.

0 K sıcaklıkta moleküllerin herhangi bir hareketi tamamen durmuştur. Bu, Uluslararası Sistem (SI) ölçeğidir, ancak Santigrat ölçeği de bir aksesuar birim olarak kabul edilir. Kelvin ölçeğinin "derece" kullanmadığını unutmayın, bu nedenle herhangi bir sıcaklık sayısal değer artı "kelvin" adı verilen birim olarak ifade edilir.

Şimdiye kadar mutlak sıfıra ulaşmak mümkün olmadı, ancak bilim adamları oldukça yaklaştı.

Nitekim, düşük sıcaklıklarda uzmanlaşmış laboratuvarlarda, sodyum örneklerini 700 nanokelvin veya 700 x 1010 ^-9 kelvin'e soğutmayı başardılar . Öte yandan ölçeğin diğer ucuna doğru bir nükleer patlamanın 100 milyon veya daha fazla Kelvin sıcaklık oluşturabileceği biliniyor.

Her kelvin, suyun üçlü noktasının sıcaklığının 1 / 273.16 kısmına karşılık gelir. Bu sıcaklıkta suyun üç fazı denge halindedir.

Kelvin ölçeği ve Celsius ve Fahrenheit ölçekleri

Kelvin ve Celsius ölçekleri arasındaki ilişki 273,16 ile 273 civarındadır:

Benzer şekilde, ikame ile Kelvin ve Fahrenheit ölçekleri arasında bir ilişki elde edilir:

Rankine ölçeği

Rankine ölçeği, İskoç doğumlu bir mühendis olan (1820-1872) William Rankine tarafından önerildi. Sanayi Devrimi'nin öncülerinden biri olarak termodinamiğe büyük katkılarda bulundu. 1859'da sıfırı −459.67 ° F'ye ayarlayan mutlak bir sıcaklık ölçeği önerdi.

Bu ölçekte, derecelerin boyutu Fahrenheit ölçeğindekiyle aynıdır. Rankine ölçeği R olarak belirtilir ve Kelvin ölçeğinde olduğu gibi, değerleri derece olarak değil, rankine olarak adlandırılır.

Böylece:

0 K = 0 R = −459,67 ° F = - 273,15 ºC

Özetle, Rankine ölçeğine gitmek için daha önce açıklananlardan herhangi birinden gerekli dönüşümler şunlardır:

Şekil 2. Rankine sıcaklık ölçeği dönüşümleri. Kaynak: F. Zapata.

Réaumur ölçeği

Daha önce kullanılan bir başka sıcaklık ölçeği, derece veya ºR olarak gösterilen Réaumur ölçeğidir. Celsius ölçeğine göre yer değiştirene kadar Avrupa'da yaygın olarak kullanılmasına rağmen şu anda kullanılmamaktadır.

René-Antoine Ferchault de Réaumur (1683-1757) tarafından 1731 civarında oluşturuldu. Referansları: suyun donma noktası için 0 ° R ve kaynama noktası için 80 ° R.

Görülebileceği gibi, sıfırda Santigrat ölçeği ile çakışmaktadır, ancak kesinlikle diğer değerlerde değildir. Santigrat ölçeği ile ilgilidir:

Ve sıcaklıkların çakışması gerektiğinden, T _ºC = T _ºF = x, bunu takip eder:

T _ºC = -40 ºC olduğunda, ayrıca T _ºF = -40 ºF

Egzersiz 2

Kazandan çıkan buhar 610 ºR sıcaklıktadır. Sıcaklığı Fahrenheit ve Santigrat derece cinsinden bulun.

Çözüm

Réaumur ölçeğinin bölümünde bulunan eşdeğerlikler kullanılır, bu nedenle: T _ºC = (5/4) T _ºR = (5/4). 610 ° C = 762,5 ° C

Daha sonra bulunan bu değeri Fahrenheit derecelerine dönüştürebilir veya bahsedilen dönüştürmelerden başka birini kullanabilirsiniz:

Veya aynı sonucu veren diğer: T _ºR = (4/9) (T _ºF - 32)

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

Dönüşüm Özeti

Özet olarak, aşağıdaki tablo açıklanan tüm ölçekler için dönüşümler sağlar:

Şekil 3. Sıcaklık ölçekleri için dönüştürme tablosu. Kaynak: F. Zapata.

Referanslar

1. Sıcaklık Ölçekleri. Kurtarıldı: thales.cica.es.
2. Knight, R. 2017. Bilim Adamları ve Mühendislik için Fizik: Bir Strateji Yaklaşımı. Pearson.
3. Tillery, B. 2012. Physical Science. McGraw Hill.
4. Vikipedi. Santigrat derece. Es.wikipedia.org adresinden kurtarıldı
5. Vikipedi. Fahrenheit derecesi. Es.wikipedia.org adresinden kurtarıldı.
6. Vikipedi. Rankine. Es.wikipedia.org adresinden kurtarıldı.