Scale termometriche

Celsius -Termometro di scala

Cosa sono le scale termometriche?

IL Scale termometriche Sono quelli utilizzati nella misurazione della temperatura, una grandezza scalare che serve a quantificare l'energia termica di un sistema. Il dispositivo utilizzato per misurare la temperatura, ovvero un termometro, deve incorporare una scala per poter leggere.

Per costruire una scala appropriata, devi prendere due punti di riferimento e dividere l'intervallo tra di loro. Queste divisioni sono chiamate gradi. In questo modo, viene confrontata la temperatura dell'oggetto da misurare.

Le scale di temperatura più utilizzate sono Celsius, Fahrenheit, Kelvin e Rankine Scales. Tutti sono ugualmente appropriati per misurare la temperatura, poiché i punti selezionati come riferimento sono arbitrari.

Sia sulla scala Celsius che sulla scala Fahrenheit zero della scala non indica l'assenza di temperatura. Per questo motivo lo sono scale relative. D'altra parte, per la scala Kelvin e la scala di Rankine, lo 0 rappresenta la cessazione dell'attività molecolare, quindi sono considerati Scale assolute.

Scala Celsius

Termometro digitale clinico graduato in gradi Celsius. Fonte: Simon Schoar/CC BY-S (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/2.5)

Questa scala è stata inventata dall'astronomo svedese del 18 ° secolo Anders C. Celsius (1701-1744), circa 1735. Molto intuitivo, questa scala utilizza il punto di congelamento e il punto di ebollizione dell'acqua alla normale pressione atmosferica (1 atm) come punti di riferimento.

L'acqua è una sostanza universale molto appropriata per questo e i suoi valori sono facili da ottenere in laboratorio.

Sulla scala di Celsius, il punto di congelamento dell'acqua è quello corrispondente a 0 ° C e il punto di ebollizione a 100 ° C, sebbene originariamente Celsius avesse proposto al contrario e successivamente l'ordine era stato investito. Tra questi due valori di riferimento ci sono 100 divisioni identiche, quindi a volte è noto come Celsius Scale.

Equivalenze

Per stabilire un'equivalenza tra i gradi Celsius e altre scale di temperatura, è necessario prendere in considerazione due aspetti:

• La relazione tra la scala Celsius e l'altra scala è lineare, quindi è la forma:

y = m.x +b

-Devi conoscere i punti di riferimento di entrambe le scale.

Esempio: equivalenza tra le scale Celsius e Fahrenheit

Sia t_ºC La temperatura in scala Celsius e T_ºF La temperatura sulla scala Fahrenheit, quindi:

T_ºC = m. T_ºF + B

È noto che 0 ºC = 32 ºF e 100 ºC = 212 ºF. Sostituiamo questi valori nell'equazione precedente e otteniamo:

Può servirti: capacità termica

0 = 32m + b

100 = 212m + B

Questo è un sistema di due equazioni lineari con due incognite, che possono essere risolte con uno qualsiasi dei metodi noti. Ad esempio, per riduzione:

100 = 212m + B

0 = -32m - b

________________

100 = 180 m

M = 100/180 = 5/9

Conoscere M, otteniamo B In sostituzione:

B = -32m = -32. (5/9) = -160/9

Ora sostituiamo i valori di M E B Nella nostra equazione di equazione per ottenere:

T_ºC = (5/9). T_ºF - (160/9) = (5t_ºF -160)/9

Equivalentemente: T_ºC = (5/9). (T_ºF - 32)

Questa equazione consente di passare direttamente i gradi Fahrenheit a gradi Celsius, proprio scrivendo il valore in cui appare T_ºF.

Esempio: equivalenza tra Celsius e Kelvin Scales

Sono stati condotti molti esperimenti per cercare di misurare la temperatura assoluta zero, ovvero il valore per il quale tutta l'attività molecolare scompare in un gas. Questa temperatura è di circa -273 ºC.

Essere T_K La temperatura in Kelvin -La parola "grado" per questa scala non viene utilizzata, l'equivalenza è:

T_ºC = T_K - 273

Cioè, le scale differiscono nella scala Kelvin non ha valori negativi. Nella relazione Celsius - Fahrenheit, la pendenza della linea vale 5/9 e in questo caso vale 1.

I gradi Kelvins e Celsius hanno le stesse dimensioni, solo che la scala Kelvin, come si può vedere da quanto sopra, non contempla i valori di temperatura negativi.

Scala Fahrenheit

Termometro a parete con scala principale in gradi Fahrenheit e scala secondaria in gradi Celsius

Daniel Fahrenheit (1686-1736) era un fisico di origine tedesca nato in Polonia. Intorno al 1715, Fahrenheit produceva un termometro con una scala a base di riferimento arbitrariamente scelta. Da allora viene utilizzato molto nei paesi di lingua inglese.

Originariamente Fahrenheit ha scelto la temperatura di una miscela di ghiaccio e sale per il punto di riferimento inferiore e la ha stabilito come 0 °. Per l'altro punto ha selezionato la temperatura del corpo umano e l'ha impostata a 100 gradi.

Come previsto, ha avuto alcuni problemi per determinare quale sia la temperatura corporea "normale", perché cambia durante il giorno o da un giorno all'altra senza che la persona sia necessariamente malata.

Si scopre che ci sono persone totalmente sane con 99 temperature corporee.1 ºF, mentre per gli altri è normale avere 98.6 ºF. Quest'ultimo è il valore medio per la popolazione generale.

Quindi i punti di riferimento della scala Fahrenheit hanno dovuto cambiare per il punto di congelamento dell'acqua, che è stato stabilito in 32 ºF e l'ebollizione in 212 ºF. Infine, la scala è stata divisa in 180 intervalli uguali.

Può servirti: Bethelgeuse

Converti gradi Fahrenheit in gradi Celsius

Dall'equazione mostrata sopra, ne consegue:

T_ºF = (9/5) t_ºC + 32

Allo stesso modo possiamo considerarlo così: la scala Celsius ha 100 gradi, mentre la scala Fahrenheit ha 180 gradi. Quindi, per ogni aumento o diminuzione di 1 ºC, c'è un aumento o una diminuzione di 1.8 ºF = (9/5) ºF

Esempio

Attraverso le equazioni di cui sopra, trova una formula che consente di passare la scala di Fahrenheit su scala Kelvin:

Sapendo che: T_ºC = T_K - 273 e sostituire l'equazione già detratta, hai:

T_ºC = T_K - 273

Perciò: T_ºF = (9/5) (t_K - 273) + 32 = (9/5) t_K - 459.4

Scala Kelvin

Confronto delle scale Celsius e Kelvin in un termometro illuminato. Fonte: Celsius_Kelvin_estandar_1954.PNG: HOMO LOGOSDERIVATIVE Work: Kismalac/CC BY-SA (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/3.0)

William Thomson (1824-1907), Lord Kelvin, propose una scala senza punti di riferimento arbitrari. Questa è la scala di temperatura assoluta che porta il suo nome, proposta nel 1892. Non ha valori di temperatura negativi, poiché lo 0 assoluto è la temperatura più bassa possibile.

Alla temperatura di 0 K qualsiasi movimento delle molecole è completamente cessato. Questa è la scala del sistema internazionale (SI), sebbene la scala Celsius sia anche considerata come un'unità accessoria. Ricordiamo che la scala Kelvin non usa "gradi", quindi qualsiasi temperatura è espressa come valore numerico più l'unità, chiamata "Kelvin".

Fino ad ora, lo zero assoluto non è stato raggiunto, ma gli scienziati si sono avvicinati abbastanza.

In effetti, nei laboratori specializzati a basse temperature, sono riusciti a raffreddare campioni di sodio a 700 Nanokelvin o 700 x 1010^-9 Kelvin. D'altra parte, verso l'altra estremità della scala, è noto che un'esplosione nucleare può generare temperature di 100 o più milioni di Kelvin.

Ogni Kelvin corrisponde a 1/273.16 parti della tripla temperatura dell'acqua. A questa temperatura le tre fasi dell'acqua sono in equilibrio.

Kelvin Scale e Celsius e Fahrenheit Scales

La relazione tra le scale Kelvin e Celsius è -Dedondeando 273.16 a 273-:

T_K = T_ºC + 273

Allo stesso modo, per sostituire si ottiene una relazione tra le scale di Kelvin e Fahrenheit:

T_K = 5 (t_ºF + 459.4)/9

Rankine Scale

La scala Rankine è stata proposta da William Rankine, un ingegnere nato in Scozia (1820-1872). Pioneer della rivoluzione industriale, ha dato grandi contributi alla termodinamica. Nel 1859 propose una scala di temperatura assoluta, impostando zero a -459,67 ° F.

Su questa scala la dimensione dei gradi è la stessa della scala Fahrenheit. La scala Rankine è indicata come R e come con la scala Kelvin, i suoi valori non sono chiamati gradi, ma Rankine.

Può servirti: induttanza reciproca: formula/coefficiente, applicazioni, esercizi

Così:

0 k = 0 r = −459,67 ° F = - 273.15 ºC

In breve, ecco le conversioni necessarie per andare alla scala di Rankine da una qualsiasi delle già descritte:

Conversioni della scala di temperatura Rankine. Fonte: f. Zapata.

Scala Réaumur

Un'altra scala di temperatura precedentemente utilizzata è la scala Réaumur, che è indicata come gradi o ºR. È attualmente in disuso, sebbene sia stato usato molto in Europa fino a quando non è stato sfollato dalla scala Celsius.

Fu creato da René-Antoine Ferchault de Réaumur (1683-1757) intorno al 1731. I suoi riferimenti sono: 0 ° R per il punto di congelamento dell'acqua e 80 ° R per il punto di ebollizione.

Come si può vedere, coincide con la scala Celsius a zero, ma ovviamente non in altri valori. È correlato alla scala Celsius attraverso:

T_ºR= (4/5) T_ºC

Ci sono anche altre equivalenze:

T_ºR= (4/5) (T_K - 273) = (4/9)(T_ºF-32)= (4/5)(5.T_R/9 -273) = (4/9) t_R - 218.4

Esercizi risolti

Esercizio 1

Trova il valore numerico in cui la scala Celsius coincide con la scala Fahrenheit.

Soluzione

Come abbiamo visto nelle sezioni precedenti, queste scale non coincidono, poiché i punti di riferimento sono diversi; Tuttavia è possibile trovare un valore X, in modo tale che rappresenti la stessa temperatura su entrambe le scale. Pertanto l'equazione viene presa:

T_ºC = (5/9). T_ºF - (160/9) = (5t_ºF -160)/9

E poiché le temperature devono coincidere, quindi T_ºC  = T_ºF = x, Ne consegue che:

x = (5x - 160)/9

9x = 5x -160

4x = -160

x = - 40

Quando T_ºC  = -40 ºC, Anche T_ºF = -40 ºF

Esercizio 2

Il vapore che esce da una caldaia è a una temperatura di 610 ºR. Trova la temperatura in gradi Fahrenheit e in gradi Celsius.

Soluzione

Le equivalenze trovate nella sezione della scala Réaumur sono quindi utilizzate: T_ºC=(5/4) T_ºR = (5/4). 610 º C = 762.5 ºC.

È possibile trasformare questo valore trovato per spostarsi in gradi Fahrenheit o utilizzare un'altra delle conversioni di cui sopra:

T_ºF = (9/5) t_ºC + 32 = (9/5) 762.5+ 32 ºC = 1404.5 ºF

O quest'altro, che dà lo stesso risultato: T_ºR = (4/9)(T_ºF - 32)

Cancella: T_ºF = (9/4) t_ºR + 32 = (9/4) 610 + 32 ºF = 1404.5 ºF.

Riepilogo delle conversioni

In sintesi, la tabella seguente facilita le conversioni per tutte le scale descritte:

Scatola di conversioni per scale di temperatura. Fonte: f. Zapata.

Riferimenti

1. Scale di temperatura. Recuperato da: Thales.Cica.È.
2. Cavaliere, r.  2017. Fisica per scienziati e ingegneria: un approccio strategico. Pearson.
3. Tillery, b. 2012. Scienza fisica. McGraw Hill.
4. Wikipedia. Grado Celsius. Recuperato da: è.Wikipedia.org
5. Wikipedia. Grado Fahrenheit. Recuperato da: è.Wikipedia.org.
6. Wikipedia. Rankine. Recuperato da: è.Wikipedia.org.