لقياس درجة الحرارة في حياتنا ، نستخدم مقاييس مختلفة مثل درجة مئوية أو فهرنهايت أو كلفن. تحتوي هذه المقاييس على نقاط بداية ومقاييس مختلفة ، لذلك غالبا ما يتعين علينا تحويل القيم من مقياس إلى آخر. ومع ذلك ، هناك قيم درجة حرارة معينة تظهر فيها المقاييس الثلاثة نفس القيمة.
درجة الحرارة التي تظهر عندها مقاييس مئوية وفهرنهايت وكلفن نفس القيمة تسمى الصفر المطلق. في النظام الدولي للوحدات (سي) ، الصفر المطلق هو -273.15 درجة مئوية. هذه هي أدنى درجة حرارة ممكنة تتوقف عندها جميع جزيئات المادة المتحركة تماما.
على مقياس فهرنهايت ، الصفر المطلق يتوافق مع -459.67 درجة. ومع ذلك ، لا يتطابق صفر درجة فهرنهايت مع صفر درجة مئوية ، وبالتالي فإن بعض قيم درجات الحرارة التي تقل عن الصفر المطلق مئوية لا تزال لها قيمة موجبة على مقياس فهرنهايت.
أخيرا ، يستخدم مقياس كلفن في العلم ويمثل درجة الحرارة المطلقة المقاسة بالأرقام الموجبة. يبدأ من الصفر المطلق ، الموافق 0 ك. لذلك ، عند أي درجة حرارة تقاس بالكلفن ، فإن الصفر يعني الصفر المطلق.
وهكذا ، عند الصفر المطلق ، تظهر جميع المقاييس الثلاثة لمقاييس الحرارة – مئوية وفهرنهايت وكلفن - نفس القيمة ، مما يعني الغياب التام للطاقة الحرارية وحركة جزيئات المادة.
- تأثير درجة الحرارة على قراءات موازين الحرارة بمقاييس مختلفة
- موازين الحرارة ومقاييسها
- الاختلافات بين ميزان الحرارة
- مقياس مئوية
- مقياس فهرنهايت
- مقياس كلفن
- التحويل بين المقاييس
- ملامح مقياس مئوية
- ملامح مقياس فهرنهايت
- ملامح مقياس كلفن
- كيف ترتبط موازين ميزان الحرارة ببعضها البعض?
- 1. مقياس مئوية
- 2. مقياس فهرنهايت
- 3. مقياس كلفن
- في أي درجة حرارة تظهر موازين الحرارة واحدة?
- في -40 C ج:
- عند درجة حرارة 0°:
- عند درجة حرارة 100°:
- الاستنتاجات
- سؤال وجواب
- في أي درجة حرارة تتلاقى المقاييس المئوية والفهرنهايت?
- في أي درجة حرارة تتزامن المقاييس المئوية وكلفن?
- في أي درجة حرارة تتقاطع مقاييس فهرنهايت وكلفن?
- ما درجة الحرارة يتوافق مع 0 درجة مئوية على مقياس فهرنهايت?
- ما هي درجة الحرارة المقابلة ل 100 درجة مئوية على مقياس فهرنهايت?
- ما درجة الحرارة يتوافق مع الصفر المطلق كلفن على مقياس مئوية?
تأثير درجة الحرارة على قراءات موازين الحرارة بمقاييس مختلفة
قد تظهر موازين الحرارة ذات المقاييس المختلفة ، مثل درجة مئوية أو فهرنهايت أو كلفن ، قيما مختلفة عند نفس درجة الحرارة. ويرجع ذلك إلى الاختلاف في نقطة البداية ووحدات القياس لكل مقياس.
على سبيل المثال ، صفر درجة مئوية يتوافق مع نقطة تجمد الماء ، وصفر درجة فهرنهايت يتوافق مع قيمة أخرى. أيضا ، على مقياس كلفن ، الصفر درجة يتوافق مع الصفر المطلق ، وهو -273.15 درجة مئوية.
بسبب هذه الاختلافات ، عند قياس نفس درجة الحرارة باستخدام موازين الحرارة بمقاييس مختلفة ، قد تختلف القراءات.
لمقارنة قراءات موازين الحرارة بمقاييس مختلفة ، تحتاج إلى معرفة الصيغ لترجمة القيم بين المقاييس. على سبيل المثال ، لتحويل الدرجات المئوية إلى درجات فهرنهايت ، يتم استخدام الصيغة: F و = C ج C 1.8 + 32.
لراحة واتساق القياسات ، يستخدم المجتمع العلمي على نطاق واسع مقياس كلفن. يعتمد مقياس كلفن على الصفر المطلق وهو المقياس الديناميكي الحراري الأساسي. يتم تحويل الدرجات المئوية إلى درجات كلفن باستخدام الصيغة: ك = C ج + 273.15.
| مقياس مئوية (C ج) | مقياس فهرنهايت(F و) | مقياس كلفن (ك) |
|---|---|---|
| 0 | 32 | 273.15 |
| 20 | 68 | 293,15 |
| 100 | 212 | 373,15 |
وبالتالي ، عند مقارنة قراءات موازين الحرارة بمقاييس مختلفة ، من الضروري مراعاة الاختلافات عند نقطة البداية وإجراء التحويلات المناسبة بين المقاييس ، إذا لزم الأمر.
موازين الحرارة ومقاييسها
مقياس الحرارة هو جهاز يستخدم لقياس درجة الحرارة. هناك عدة مقاييس مختلفة لقياس درجة الحرارة ، وأكثرها شيوعا هي مقاييس مئوية وفهرنهايت وكلفن.
مقياس مئوية: يستخدم مقياس مئوية على نطاق واسع في معظم دول العالم. على هذا المقياس ، تكون نقطة تجمد الماء 0 درجة مئوية ، ونقطة غليان الماء 100 درجة مئوية. يعتمد هذا المقياس على تقسيم الفاصل الزمني بين تجميد وغليان الماء إلى 100 جزء متساو.
مقياس فهرنهايت: يستخدم مقياس فهرنهايت بشكل أساسي في الولايات المتحدة وبعض البلدان الأخرى. على هذا المقياس ، تبلغ درجة تجمد الماء 32 درجة فهرنهايت ، ونقطة الغليان 212 درجة فهرنهايت. يعتمد مقياس فهرنهايت على تقسيم الفاصل الزمني بين التجميد والماء المغلي إلى 180 جزءا متساويا.
مقياس كلفن: يستخدم مقياس كلفن في الحسابات العلمية والتقنية ، وكذلك في النظام الدولي للوحدات. على هذا المقياس ، صفر درجة كلفن يتوافق مع الصفر المطلق ، درجة الحرارة الدنيا الممكنة في الطبيعة. يتم التحويل من درجة مئوية إلى كلفن باستخدام الصيغة ك = ج + 273.15 ، أين ك هي درجة الحرارة بالكلفن ، ج هي درجة الحرارة بالدرجة المئوية.
يمكن أن تظهر موازين الحرارة بمقاييس مئوية وفهرنهايت وكلفن مختلفة نفس درجة الحرارة. للقيام بذلك ، من الضروري إجراء التحولات الرياضية المناسبة بين المقاييس. صيغ التحويل الأكثر استخداما هي:
- التحويل من درجة مئوية إلى فهرنهايت مقياس: و = ج 1 1.8 + 32;
- التحويل من فهرنهايت إلى درجة مئوية: ج = (إف — 32) / 1.8;
- التحويل من درجة مئوية إلى كلفن: ك = ج + 273.15;
- التحويل من مقياس كلفن إلى درجة مئوية: ج = ك — 273,15;
- التحويل من فهرنهايت إلى كلفن: ك = (و — 32) / 1.8 + 273.15;
- التحويل من كلفن إلى فهرنهايت مقياس: و = (ك-273.15) 1 1.8 + 32.
وبالتالي ، يمكن أن تظهر موازين الحرارة ذات المقاييس المختلفة نفس درجة الحرارة ، ولكن لهذا من الضروري استخدام صيغ التحويل المناسبة بين المقاييس.
الاختلافات بين ميزان الحرارة
على مدار تاريخ العلوم والتكنولوجيا ، تم تطوير العديد من المقاييس لقياس درجة الحرارة. وأكثرها شيوعا هي المقاييس المئوية والفهرنهايت وكلفن. في هذه المقالة ، سننظر في الاختلافات الرئيسية بين هذه المقاييس وكيفية تحويلها.
مقياس مئوية
- تم اقتراح مقياس مئوية من قبل عالم الفلك السويدي أندرس مئوية في القرن الثامن عشر.
- تتوافق نقطة الصفر في المقياس المئوي مع نقطة تجمد الماء ، و 100 درجة تقابل نقطة الغليان عند الضغط الجوي العادي.
- يتم قياس الفرق بين قيم درجة الحرارة على مقياس مئوية بالدرجات.
مقياس فهرنهايت
- وقد تم تطوير مقياس فهرنهايت من قبل الفيزيائي الألماني والمهندس غابرييل فهرنهايت في أوائل القرن ال18.
- تتوافق نقطة الصفر في مقياس فهرنهايت مع إحدى نقاط تجمد الماء المالح ، و 100 درجة تتوافق مع نقطة حرارة جسم الإنسان.
- يتم أيضا قياس الفرق بين قيم درجة الحرارة على مقياس فهرنهايت بالدرجات.
مقياس كلفن
- تم اقتراح مقياس كلفن من قبل سكوت جوليان هيرو كلفن في القرن 19.
- نقطة الصفر في مقياس كلفن هي صفر مطلق ، أي لا يمكن أن تكون هناك قيم سالبة على هذا المقياس.
- يقاس الفرق بين قيم درجة الحرارة على مقياس كلفن بالكلفن
التحويل بين المقاييس
لتحويل درجة الحرارة بين مقاييس مئوية وفهرنهايت وكلفن ، يتم استخدام الصيغ التالية:
- مئوية إلى فهرنهايت: و = (ج 9 9/5) + 32
- فهرنهايت في مئوية: ج = (و — 32) × 5/9
- مئوية إلى كلفن: ك = ج + 273.15
- كلفن في مئوية: ج = ك — 273.15
الآن ، بعد معرفة الاختلافات الرئيسية بين المقاييس المئوية والفهرنهايت وكلفن ، وكذلك كيفية تحويلها ، يمكنك بثقة استخدام موازين الحرارة بمقاييس مختلفة وإعادة حساب قيم درجة الحرارة بسهولة على المقياس الذي تحتاجه.
ملامح مقياس مئوية
مقياس مئوية هو واحد من مقاييس قياس درجة الحرارة الأكثر شيوعا ومألوفة. تم تطويره من قبل عالم الفلك السويدي أندرس مئوية في القرن ال18 ويستخدم حاليا في معظم دول العالم.
السمة الرئيسية لمقياس مئوية هي الصفر. صفر درجة مئوية (0 C ج) يتوافق مع نقطة تجمد الماء ، ومائة درجة مئوية (100 C ج) يتوافق مع نقطة غليان الماء عند الضغط الجوي العادي.
مزايا مقياس مئوية:
- سهل الاستخدام والفهم نسبيا.
- يعتمد المقياس على الخاصية الفيزيائية للمياه ، مما يجعلها عالمية.
- إنه مناسب لقياسات الأرصاد الجوية ، لأنه يغطي نطاقات درجات الحرارة النموذجية مدى الحياة.
عيوب مقياس مئوية:
- بناء على خصائص تجميد وغليان الماء ، فإن المقياس المئوي ليس مطلقا وليس له حد أدنى (صفر مطلق).
- إنه غير مريح للعمل مع درجات حرارة سلبية في كلفن.
بشكل عام ، يستخدم مقياس مئوية على نطاق واسع ويعمل كأساس للعديد من أنظمة قياس درجة الحرارة ، بما في ذلك فهرنهايت و كلفن المقاييس. ومع ذلك ، فإن كل مقياس له خصائصه وتطبيقاته الخاصة ، ويعتمد اختيار المقياس على الأهداف وشروط القياس المحددة.
ملامح مقياس فهرنهايت
مقياس فهرنهايت هو مقياس آخر لقياس درجة الحرارة يستخدم على نطاق واسع. تم تطويره من قبل الفيزيائي الألماني دانيال غابرييل فهرنهايت في أوائل القرن ال18. يعتمد مقياس فهرنهايت على نظام يكون فيه 0 F فهرنهايت هي درجة الحرارة التي يعتبرها فهرنهايت أدنى درجة ممكنة في ظل الظروف العادية.
إذا تحدثنا عن النسبة بين مقياس فهرنهايت ومقياس مئوية ، فإن درجة مئوية واحدة تقابل 1.8 درجة فهرنهايت. أي أن صيغة تحويل درجات الحرارة على هذه المقاييس ستبدو كما يلي: C ج = (F و — 32) / 1.8.
تكمن خصوصية مقياس فهرنهايت في أنه يستخدم على نطاق واسع في الولايات المتحدة وبعض البلدان الأخرى الناطقة باللغة الإنجليزية ، بينما تستخدم معظم البلدان الأخرى مقياس مئوية أو مقياس كلفن. على سبيل المثال ، في الولايات المتحدة الأمريكية ، تقاس درجة حرارة الهواء عادة بالدرجات فهرنهايت ، وبالتالي فإن قيم درجة الحرارة في البرامج الإخبارية ، والتنبؤات الجوية ، وما إلى ذلك. يشار إليها دائما بالدرجات فهرنهايت.
على الرغم من أن مقياس فهرنهايت لا يزال مستخدما على نطاق واسع ، إلا أن له عيوبه. على سبيل المثال ، نقطة الصفر على مقياس فهرنهايت ليست طبيعية أو منطقية ، ويبدأ عدد درجات الحرارة من قيمة غير محددة. هذا يجعل من الصعب فهم ومقارنة درجات الحرارة لأولئك الذين اعتادوا على استخدام مقياس مئوية أو كلفن.
ومع ذلك ، بالنسبة للمجتمع الأمريكي ، أصبح مقياس فهرنهايت مألوفا ويستخدم في مختلف المجالات ، بدءا من الطقس إلى موازين الحرارة المنزلية العادية. يمكن أن يكون مهما أيضا عند العمل مع بعض المهام العلمية والهندسية التي من الضروري فيها استخدام قيم درجة حرارة محددة للكميات.
ملامح مقياس كلفن
مقياس كلفن هو مقياس درجة حرارة مطلق يستخدم في الحسابات العلمية والتقنية. سميت على اسم الفيزيائي العظيم ويليام طومسون ، بارون كلفن.
ملامح مقياس كلفن:
- يعتمد مقياس كلفن على الصفر المطلق ، حيث تتوقف جزيئات المادة عن الحركة.
- الصفر المطلق على مقياس كلفن هو -273.15 C درجة مئوية ، أي لا يمكن تحديد درجة الحرارة تحتها.
- التقسيم بين الدرجات على مقياس كلفن مطابق للتقسيمات على مقياس مئوية.
- يتم التعبير عن درجة الحرارة في كلفن دون علامة درجة ( ° ) ، يشار فقط إلى رقم.
عند تحويل درجة الحرارة من درجة مئوية إلى كلفن ، يتم استخدام الصيغة: ر(ك) = ر (C ج) + 273.15.
بعض ميزات ومزايا مقياس كلفن:
- مقياس كلفن مطلق ، لذا فإن قيمه لا تعتمد على المادة التي يتم فيها إجراء القياسات ، ولا تتطلب تصحيحات للمواد المختلفة.
- يستخدم مقياس كلفن في الحسابات العلمية ، في الفيزياء والكيمياء ، وكذلك في الاتصالات اللاسلكية ، وتبادل الحرارة وغيرها من مجالات العلوم والتكنولوجيا.
- يمكن عرض كل من قيم درجة الحرارة الإيجابية والسلبية على مقياس كلفن.
من المهم ملاحظة أنه بالنسبة للملاحظات والقياسات اليومية العادية ، على سبيل المثال ، في الطقس ، يتم استخدام مقاييس مئوية أو فهرنهايت ، لأن هذه المقاييس أكثر ملاءمة للإدراك العام. يعتبر مقياس كلفن أكثر فائدة في الحسابات العلمية والتقنية ، حيث تكون الدقة ودرجة الحرارة المطلقة ذات أهمية خاصة.
كيف ترتبط موازين ميزان الحرارة ببعضها البعض?
تظهر موازين الحرارة ذات المقاييس المختلفة-مئوية وفهرنهايت وكلفن - نفس درجة الحرارة عند قيم معينة. دعونا نلقي نظرة على كل مقياس وعلاقته بالآخرين.
1. مقياس مئوية
على مقياس مئوية ، يتم قياس درجة الحرارة بالدرجات. تتوافق علامة الصفر لمقياس الدرجة المئوية مع نقطة تجمد الماء ، وتتوافق مائة درجة مع نقطة غليان الماء. إذن ، صيغة العلاقة بين مقياسي الدرجة المئوية وكلفن هي:
ر (C ج) = ر (ك) — 273.15
على سبيل المثال ، عند درجة حرارة 20 C درجة مئوية على مقياس مئوية ، ستكون درجة الحرارة على مقياس كلفن 273.15 + 20 = 293.15 كلفن.
2. مقياس فهرنهايت
على مقياس فهرنهايت ، تقاس درجة الحرارة أيضا بالدرجات. تتوافق علامة الصفر لمقياس فهرنهايت مع -17.78 C ج ، ومائة درجة تقابل 37.78 C ج. صيغة العلاقة بين فهرنهايت ودرجة مئوية
المقاييس هي ر (F و) = ر (C ج) 1 1.8 + 32
على سبيل المثال ، عند درجة حرارة 30 C درجة مئوية على مقياس مئوية ، ستكون درجة حرارة فهرنهايت 30 1 1.8 + 32 = 86 F فهرنهايت.
3. مقياس كلفن
مقياس كلفن مطلق ، أي أن علامة الصفر عليه تقابل الصفر المطلق (-273.15 C ج). يقيس هذا المقياس درجة الحرارة بالكلفن ، وهي بلا أبعاد.
العلاقة بين مقاييس كلفن ودرجة مئوية:
ر (ك) = ر (C ج) + 273.15
على سبيل المثال ، عند درجة حرارة 25 C درجة مئوية على مقياس مئوية ، ستكون درجة الحرارة على مقياس كلفن 25 + 273.15 = 298.15 كلفن.
وبالتالي ، فإن موازين الحرارة المئوية والفهرنهايت وكلفن متصلة ببعضها البعض بواسطة صيغ تحويل بسيطة. هذا يجعل من السهل نقل قيم درجة الحرارة من مقياس إلى آخر.
في أي درجة حرارة تظهر موازين الحرارة واحدة?
تظهر موازين الحرارة درجة حرارة واحدة فقط في حالات معينة عند استخدام مقاييس قياس معينة. فيما يلي أمثلة لمقارنة المقاييس الثلاثة الأكثر شيوعا — مئوية وفهرنهايت وكلفن.
في -40 C ج:
- على مقياس مئوية: -40°
- على مقياس فهرنهايت: -40°
- على مقياس كلفن: 233.15 كلفن
عند درجة حرارة 0°:
- مئوية: 0°
- على مقياس فهرنهايت: 32°
- على مقياس كلفن: 273.15 كلفن
عند درجة حرارة 100°:
- مئوية: 100°
- على مقياس فهرنهايت: 212°
- على مقياس كلفن: 373.15 كلفن
وبالتالي ، يمكن القول أن درجة الحرارة -40° هي نقطة التقاطع لمقياسي الدرجة المئوية والفهرنهايت ، ودرجة الحرارة 0° هي نقطة التقاطع لمقياسي الدرجة المئوية وكلفن. في حالات أخرى ، تختلف درجات الحرارة الموضحة بمقاييس مختلفة.
الاستنتاجات
يمكن استخلاص الاستنتاجات التالية من البيانات المقدمة:
- تقاس درجة الحرارة بوحدات مختلفة ، مثل الدرجات المئوية والدرجات فهرنهايت وكلفن.
- يستخدم المقياس المئوي في معظم دول العالم ويستند إلى الفصل بين نقاط التجمد وغليان الماء.
- تم تطوير مقياس فهرنهايت للاستخدام في الولايات المتحدة ويستند إلى تقسيم الفاصل الزمني بين التجميد والماء المغلي إلى 180 جزءا متساويا.
- يعتمد مقياس كلفن على الصفر المطلق ويستخدم في الحسابات العلمية والهندسية.
- يمكن تحويل درجات الحرارة بالدرجات المئوية والفهرنهايت إلى بعضها البعض باستخدام صيغ معينة.
- يمكن أيضا تحويل درجات الحرارة بالدرجات المئوية والكلفن إلى بعضها البعض باستخدام صيغ معينة.
- قد تختلف وحدات قياس درجة الحرارة من بلد إلى آخر ، لذلك عند العمل مع البيانات الدولية ، يجب أن تؤخذ هذه الحقيقة في الاعتبار.
| المقياس | صيغة التحويل إلى درجة مئوية |
|---|---|
| فهرنهايت | C ج = (F إف — 32) / 1.8 |
| كلفن | C ج = ك — 273.15 |
سؤال وجواب
في أي درجة حرارة تتلاقى المقاييس المئوية والفهرنهايت?
تتلاقى المقاييس المئوية والفهرنهايت عند -40 درجة.
في أي درجة حرارة تتزامن المقاييس المئوية وكلفن?
تتزامن المقاييس المئوية والكلفن عند درجة حرارة 273.15 درجة.
في أي درجة حرارة تتقاطع مقاييس فهرنهايت وكلفن?
يتقاطع مقياسا فهرنهايت وكلفن عند -40 درجة.
ما درجة الحرارة يتوافق مع 0 درجة مئوية على مقياس فهرنهايت?
0 درجة مئوية على مقياس فهرنهايت تقابل 32 درجة.
ما هي درجة الحرارة المقابلة ل 100 درجة مئوية على مقياس فهرنهايت?
100 درجة مئوية على مقياس فهرنهايت تقابل 212 درجة.
ما درجة الحرارة يتوافق مع الصفر المطلق كلفن على مقياس مئوية?
الصفر المطلق كلفن على مقياس مئوية يتوافق مع -273.15 درجة.