SKALA TERMOMETRIK: FORMULA, CONTOH, LATIHAN YANG DISELESAIKAN - FIZIKAL - 2025

The skala termometer adalah yang digunakan dalam pengukuran suhu, skala magnitud digunakan untuk menyatakan kuantiti tenaga haba daripada sistem. Peranti yang digunakan untuk mengukur suhu, yaitu termometer, mesti memasukkan skala untuk dapat membaca.

Untuk membina skala yang sesuai, anda harus mengambil dua titik rujukan dan membahagikan selang di antara keduanya. Pembahagian ini dipanggil darjah. Dengan cara ini, suhu objek yang akan diukur, yang dapat berupa suhu kopi, mandi atau suhu badan, dibandingkan dengan rujukan yang bertanda pada instrumen.

Rajah 1. Termometer lulus dalam skala Celsius. Sumber: Pixabay.

Timbangan suhu yang paling biasa digunakan ialah skala Celsius, Fahrenheit, Kelvin dan Rankine. Semua sama-sama sesuai untuk mengukur suhu, kerana titik yang dipilih sebagai titik rujukan adalah sewenang-wenangnya.

Pada skala Celsius dan skala Fahrenheit, skala sifar tidak menunjukkan ketiadaan suhu. Atas sebab ini mereka adalah timbangan relatif. Sebaliknya, untuk skala Kelvin dan skala Rankine, 0 mewakili penghentian aktiviti molekul, oleh itu mereka dianggap skala mutlak.

Skala celsius

Skala ini diciptakan oleh ahli astronomi Sweden abad ke-18 Anders C. Celsius (1701–1744), sekitar tahun 1735. Sangat intuitif, skala ini menggunakan titik beku dan titik didih air pada tekanan atmosfera normal (1 atm) sebagai titik rujukan.

Air adalah bahan sejagat yang sangat sesuai untuk ini, dan nilainya mudah diperoleh di makmal.

Pada skala Celsius, titik beku air adalah yang sesuai dengan 0 ° C dan titik didih hingga 100 ° C, walaupun pada awalnya Celsius telah mencadangkannya sebaliknya dan kemudian urutannya dibalikkan. Di antara dua nilai rujukan ini terdapat 100 bahagian yang sama, itulah sebabnya kadang-kadang disebut sebagai skala celcius.

Persamaan

Untuk mewujudkan kesamaan antara darjah Celsius dan skala suhu yang lain, dua aspek mesti diambil kira:

-Hubungan antara skala Celsius dan skala yang lain adalah linear, oleh itu ia berbentuk:

y = mx + b

-Anda harus mengetahui titik rujukan kedua-dua skala tersebut.

Contoh: kesetaraan antara skala Celsius dan Fahrenheit

Biarkan T _{ºC menjadi} suhu pada skala Celsius dan T _ºF suhu pada skala Fahrenheit, oleh itu:

Telah diketahui bahawa 0ºC = 32ºF dan 100ºC = 212ºF. Kami menggantikan nilai-nilai ini dalam persamaan sebelumnya dan kami memperoleh:

Ini adalah sistem dua persamaan linear dengan dua yang tidak diketahui, yang dapat diselesaikan dengan kaedah yang diketahui. Contohnya, dengan pengurangan:

________________

Mengetahui m, kita memperoleh b dengan penggantian:

Sekarang kita memasukkan nilai m dan b ke dalam persamaan kesetaraan kita untuk mendapatkan:

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

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

Persamaan ini membolehkan lulus darjah Fahrenheit hingga darjah Celsius secara langsung, hanya dengan menaip nilai di mana T _ºF muncul .

Contoh: kesetaraan antara skala Celsius dan Kelvin

Banyak eksperimen telah dilakukan untuk mencuba mengukur suhu sifar mutlak, iaitu nilai di mana semua aktiviti molekul hilang dalam gas. Suhu ini hampir dengan -273 ºC.

Biarkan T _{K menjadi} suhu dalam kelvin - kata "darjah" tidak digunakan untuk skala ini-, kesamaannya adalah:

Maksudnya, skala berbeza kerana skala Kelvin tidak mempunyai nilai negatif. Dalam hubungan Celsius - Fahrenheit, cerun garis sama dengan 5/9 dan dalam kes ini sama dengan 1.

Kelvins dan darjah Celsius adalah ukuran yang sama, hanya bahawa skala Kelvin, seperti yang dapat dilihat dari yang disebutkan sebelumnya, tidak termasuk nilai suhu negatif.

Skala Fahrenheit

Daniel Fahrenheit (1686-1736) adalah seorang ahli fizik kelahiran Poland yang berasal dari Jerman. Sekitar tahun 1715, Fahrenheit membuat termometer dengan skala berdasarkan dua titik rujukan yang dipilih secara sewenang-wenang. Sejak itu ia digunakan secara meluas di negara-negara berbahasa Inggeris.

Pada asalnya Fahrenheit memilih suhu campuran ais dan garam untuk titik set yang lebih rendah dan menetapkannya sebagai 0 °. Untuk tujuan lain, dia memilih suhu badan manusia dan menetapkannya pada 100 darjah.

Tidak mengejutkan, dia menghadapi masalah untuk menentukan apa itu suhu badan "normal", kerana ia berubah sepanjang hari, atau dari satu hari ke hari berikutnya, tanpa orang itu semestinya sakit.

Ternyata ada orang yang benar-benar sihat dengan suhu badan 99.1ºF, sementara bagi yang lain adalah normal untuk mempunyai 98.6ºF. Yang terakhir adalah nilai purata bagi populasi umum.

Jadi titik rujukan skala Fahrenheit harus berubah untuk titik beku air, yang ditetapkan pada 32 atF dan titik didih pada 212ºF. Akhirnya, skala dibahagikan kepada 180 selang yang sama.

Tukarkan darjah Fahrenheit ke darjah Celsius

Dari persamaan yang ditunjukkan di atas, ia menunjukkan bahawa:

Dengan cara yang sama, kita dapat menganggapnya seperti ini: skala Celsius mempunyai 100 darjah, sementara skala Fahrenheit mempunyai 180 darjah. Jadi, untuk setiap kenaikan atau penurunan 1 ºC, terdapat kenaikan atau penurunan 1.8 ºF = (9/5) ºF

Contohnya

Dengan menggunakan persamaan sebelumnya, cari formula yang membolehkan anda pergi dari skala Fahrenheit ke Kelvin:

Mengetahui bahawa: T _ºC = T _K - 273 dan menggantikan persamaan yang telah disimpulkan, kami mempunyai:

T _ºC = T _K - 273

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

Skala Kelvin

William Thomson (1824–1907), Lord Kelvin, mengusulkan skala tanpa titik rujukan sewenang-wenangnya. Ini adalah skala suhu mutlak yang sesuai dengan namanya, yang diusulkan pada tahun 1892. Ini tidak mempunyai nilai suhu negatif, kerana mutlak 0 adalah suhu serendah mungkin.

Pada suhu 0 K, pergerakan molekul telah berhenti sepenuhnya. Ini adalah skala Sistem Antarabangsa (SI), walaupun skala Celsius juga dianggap sebagai unit aksesori. Ingat bahawa skala Kelvin tidak menggunakan "darjah", jadi suhu apa pun dinyatakan sebagai nilai berangka ditambah unit, yang disebut "kelvin".

Sejauh ini tidak mungkin mencapai angka sifar mutlak, tetapi para saintis sudah dekat.

Sesungguhnya, di makmal yang dikhususkan dalam suhu rendah, mereka berjaya menyejukkan sampel natrium menjadi 700 nanokelvin atau 700 x 1010 ^-9 kelvin. Sebaliknya, menjelang hujung skala yang lain, diketahui bahawa letupan nuklear dapat menghasilkan suhu 100 atau lebih juta kelvin.

Setiap kelvin sepadan dengan 1 / 273.16 bahagian suhu titik tiga air. Pada suhu ini tiga fasa air berada dalam keseimbangan.

Skala Kelvin dan skala Celsius dan Fahrenheit

Hubungan antara skala Kelvin dan Celsius adalah-sekitar 273,16 hingga 273-:

Begitu juga dengan penggantian, hubungan antara skala Kelvin dan Fahrenheit diperoleh:

Skala peringkat

Skala Rankine diusulkan oleh William Rankine, seorang jurutera kelahiran Scotland (1820-1872). Sebagai pelopor Revolusi Perindustrian, dia memberikan sumbangan besar kepada termodinamik. Pada tahun 1859 ia mencadangkan skala suhu mutlak, menetapkan sifar pada suhu -459.67 ° F.

Pada skala ini ukuran darjah sama seperti pada skala Fahrenheit. Skala Rankine dilambangkan sebagai R dan seperti skala Kelvin, nilainya tidak disebut darjah, melainkan peringkat.

Oleh itu:

0 K = 0 R = −459.67 ° F = - 273.15 ºC

Ringkasnya, berikut adalah penukaran yang diperlukan untuk menuju skala Rankine dari mana-mana yang telah dijelaskan:

Rajah 2. Penukaran skala suhu Rankine. Sumber: F. Zapata.

Skala Réaumur

Skala suhu lain yang digunakan sebelumnya adalah skala Réaumur, yang dilambangkan sebagai darjah atau ºR. Saat ini tidak digunakan lagi, meskipun digunakan secara meluas di Eropah hingga digantikan oleh skala Celsius.

Ia diciptakan oleh René-Antoine Ferchault de Réaumur (1683-1757) sekitar tahun 1731. Rujukannya adalah: 0 ° R untuk titik beku air dan 80 ° R untuk titik didih.

Seperti yang dapat dilihat, ini bertepatan dengan skala Celsius pada sifar, tetapi pastinya tidak pada nilai yang lain. Ini berkaitan dengan skala celcius dengan:

Oleh kerana suhu mesti bertepatan, maka T _ºC = T _ºF = x, maka berikut:

Apabila T _ºC = -40 ºC, juga T _ºF = -40 ºF

Latihan 2

Wap yang keluar dari dandang berada pada suhu 610 ºR. Cari suhu dalam darjah Fahrenheit dan darjah Celsius.

Penyelesaian

Kesamaan yang terdapat di bahagian skala Réaumur digunakan, oleh itu: T _ºC = (5/4) T _ºR = (5/4). 610 ° C = 762.5 ° C.

Anda kemudian boleh menukar nilai yang dijumpai ini ke darjah Fahrenheit, atau menggunakan penukaran lain yang disebutkan:

Atau ini yang lain, yang memberikan hasil yang sama: T _ºR = (4/9) (T _ºF - 32)

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

Ringkasan Penukaran

Ringkasnya, jadual berikut memberikan penukaran untuk semua skala yang dijelaskan:

Rajah 3. Jadual penukaran untuk skala suhu. Sumber: F. Zapata.

Rujukan

1. Skala Suhu. Dipulihkan dari: thales.cica.es.
2. Knight, R. 2017. Fizik untuk Saintis dan Kejuruteraan: Pendekatan Strategi. Pearson.
3. Tillery, B. 2012. Sains Fizikal. Bukit McGraw.
4. Wikipedia. Darjah Celsius. Dipulihkan dari: es.wikipedia.org
5. Wikipedia. Ijazah Fahrenheit. Dipulihkan dari: es.wikipedia.org.
6. Wikipedia. Rankine. Dipulihkan dari: es.wikipedia.org.