Tabla de Contenidos
Οι δύο πιο συχνά χρησιμοποιούμενες κλίμακες θερμοκρασίας είναι η κλίμακα Κελσίου, γνωστή και ως κλίμακα Κελσίου και η κλίμακα Φαρενάιτ . Το πρώτο χρησιμοποιείται στο μεγαλύτερο μέρος του κόσμου, ειδικά σε εκείνες τις χώρες που έχουν υιοθετήσει το διεθνές σύστημα μονάδων. Είναι επίσης, μαζί με την κλίμακα Kelvin ή την απόλυτη κλίμακα , η κλίμακα θερμοκρασίας που χρησιμοποιείται στην επιστήμη παντού. Το δεύτερο, από την άλλη, χρησιμοποιείται κυρίως σε εκείνες τις χώρες που εξακολουθούν να χρησιμοποιούν το αυτοκρατορικό σύστημα μονάδων.
Υπάρχουν θεμελιώδεις διαφορές όσον αφορά τον τρόπο με τον οποίο ορίζονται αυτές οι δύο κλίμακες. Ωστόσο, οι διαφορές στα μεγέθη των βαθμών Φαρενάιτ και των βαθμών Κελσίου σημαίνει ότι υπάρχει μια θερμοκρασία στην οποία και οι δύο κλίμακες σημειώνουν τον ίδιο αριθμό.
Ας δούμε πρώτα πώς ορίζονται και οι δύο κλίμακες για να γίνει πιο κατανοητό.
Κλίμακα Κελσίου
Η κλίμακα Κελσίου είναι μια σχετική κλίμακα θερμοκρασίας στην οποία όλες οι θερμοκρασίες ρυθμίζονται σε σχέση με το σημείο πήξης του καθαρού νερού σε τυπική πίεση . Αυτό σημαίνει ότι οι θετικές θερμοκρασίες στην κλίμακα Κελσίου αντιστοιχούν σε θερμοκρασίες υψηλότερες από το σημείο τήξης (ή πήξης) του νερού, ενώ μια αρνητική θερμοκρασία αντιστοιχεί σε θερμοκρασία χαμηλότερη από το εν λόγω σημείο αναφοράς.
Το μέγεθος του βαθμού ή του βαθμού Κελσίου (ºC) καθορίζεται από τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ του σημείου πήξης και του σημείου βρασμού του νερού, στο οποίο αποδόθηκε η τιμή των 100 ºC. Αυτός είναι ο λόγος που ονομάζεται κλίμακα εκατοστού.
Κλίμακα Φαρενάιτ
Από την άλλη πλευρά, η κλίμακα Fahrenheit, που μερικές φορές γράφεται λάθος ως Fahrenheit, χρησιμοποιεί διαφορετικά σημεία αναφοράς, καθώς και διαφορετικό τρόπο διαίρεσης των διαστημάτων θερμοκρασίας. Υπάρχουν διαφορετικές εκδοχές, αλλά όλοι φαίνεται να συμφωνούν ότι το Fahrenheit αποφάσισε να ορίσει τη χαμηλότερη θερμοκρασία που θα μπορούσε να καταγράψει ως το μηδέν της κλίμακας του, προκειμένου να αποφύγει τις αρνητικές θερμοκρασίες. Για να το κάνει αυτό, χρησιμοποίησε ένα μείγμα νερού, πάγου και χλωριούχου αμμωνίου. Αυτό το μείγμα έχει την ιδιαιτερότητα ότι φτάνει σε μια αρκετά σταθερή και αρκετά χαμηλή θερμοκρασία ισορροπίας, για τον λόγο αυτό του αποδόθηκε μηδέν στην κλίμακα.
Κάποιοι λένε ότι η επόμενη θερμοκρασία αναφοράς ήταν αυτή του ίδιου του σώματός του όταν έπασχε από ήπιο πυρετό. Άλλοι αναφέρουν ότι χρησιμοποίησε το σημείο πήξης του νερού ως δεύτερη θερμοκρασία αναφοράς, διαιρώντας την κλίμακα σε τέσσερις ομάδες των οκτώ μονάδων η καθεμία για να δώσει μια θερμοκρασία 32ºF για το σημείο πήξης του καθαρού νερού. Χρησιμοποιώντας αυτήν την κλίμακα, το νερό θα βράσει στους 212ºF.
Σε ποια θερμοκρασία συμπίπτουν οι κλίμακες Κελσίου και Φαρενάιτ;
Ο προσδιορισμός του πότε οι κλίμακες θερμοκρασίας Φαρενάιτ και Κελσίου έχουν την ίδια τιμή μπορεί να γίνει με δύο διαφορετικούς τρόπους:
- Μέσω της αλγεβρικής μεθόδου, χρησιμοποιώντας την εξίσωση μετατροπής κλίμακας.
- Μέσω της γραφικής μεθόδου.
Προσδιορίστε την τομή των κλιμάκων Κελσίου και Φαρενάιτ με την αλγεβρική μέθοδο
Η εξίσωση μετατροπής από την κλίμακα Κελσίου στην κλίμακα Φαρενάιτ είναι πολύ απλή και παρουσιάζεται παρακάτω:
Στην παραπάνω εξίσωση, το ºF αντιπροσωπεύει τη θερμοκρασία σε βαθμούς Φαρενάιτ και ο ºC αντιπροσωπεύει την ίδια θερμοκρασία, αλλά στην κλίμακα Κελσίου.
Για να βρούμε τη θερμοκρασία στην οποία συμφωνούν και οι δύο κλίμακες, το μόνο που χρειάζεται είναι να καθοριστεί η συνθήκη ότι ºF = ºC = X . Με άλλα λόγια, κάνουμε και τις δύο θερμοκρασίες ίσες και ορίζουμε το X ως την τιμή που αναζητούμε, για να κάνουμε την εξίσωση πιο απλή.
Τώρα, η προηγούμενη εξίσωση παραμένει:
Απλώς λύστε αυτήν την εξίσωση για το Χ (με άλλα λόγια, λύστε για το Χ):
Η λύση της εξίσωσης είναι X= – 40 , άρα η θερμοκρασία των – 40 ºC θα είναι ίση με – 40 ºF .
Αυτή η λύση βρέθηκε χρησιμοποιώντας την εξίσωση μετατροπής Κελσίου σε Φαρενάιτ. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι, δεδομένου ότι η εξίσωση μετατροπής από Φαρενάιτ σε Κελσίου είναι η ίδια εξίσωση αλλά λύθηκε για να βρεθεί ºC, τότε αυτή η εξίσωση θα μπορούσε να είχε χρησιμοποιηθεί αντί της πρώτης για να ληφθεί ακριβώς το ίδιο αποτέλεσμα (καθώς, στην πραγματικότητα, είναι ίδια εξίσωση).
Γραφικός προσδιορισμός του σημείου στο οποίο οι κλίμακες Κελσίου και Φαρενάιτ έχουν το ίδιο μέτρο
Ένας εναλλακτικός τρόπος για να βρείτε το σημείο συμφωνίας μεταξύ των δύο κλίμακες ή την τομή τους είναι να σχεδιάσετε και τις δύο κλίμακες στο ίδιο γράφημα και να βρείτε το σημείο στο οποίο συμφωνούν.
Αυτό μπορεί να γίνει με δύο διαφορετικούς τρόπους. Μπορείτε να σχεδιάσετε τη θερμοκρασία σε Κελσίου και τη θερμοκρασία σε Φαρενάιτ ως συνάρτηση της απόλυτης θερμοκρασίας σε Κέλβιν, οπότε η τομή θα είναι σε Κέλβιν ή μπορείτε να σχεδιάσετε τη θερμοκρασία σε Φαρενάιτ ως συνάρτηση της θερμοκρασίας σε βαθμούς Κελσίου, που είναι πολύ πιο εύκολο.
Η διαδικασία αποτελείται από τη σχεδίαση ενός συστήματος συντεταγμένων στο οποίο τα τετμημένα αντιστοιχούν στην κλίμακα Κελσίου και οι τεταγμένες μπορούν να αντιπροσωπεύουν είτε τη θερμοκρασία σε Κελσίου είτε τη θερμοκρασία σε Φαρενάιτ:
Τώρα αντιπροσωπεύουμε την κλίμακα Κελσίου σε αυτό το γράφημα. Απλώς τοποθετήστε μόνο δύο σημεία και τραβήξτε μια ευθεία γραμμή μεταξύ τους. Κάθε σημείο εντοπίζεται διασταυρώνοντας τη θερμοκρασία στον άξονα Χ με την ισοδύναμη θερμοκρασία του στον άξονα Υ. Σε αυτήν την περίπτωση, εφόσον σχεδιάζεται η κλίμακα Κελσίου, όλες οι τιμές στο Χ θα είναι ίσες με τις τιμές στο Υ Ένα σημείο μπορεί να είναι ( 0;0) και ένα άλλο μπορεί να είναι (100;100)
Τώρα κάνουμε το ίδιο πράγμα για να γράψουμε την κλίμακα Φαρενάιτ. Έχοντας υπόψη τα προαναφερθέντα, 0 ºC (το σημείο πήξης του νερού) ισοδυναμεί με 32 ºF και 100 ºC (το σημείο βρασμού του νερού) είναι ισοδύναμο με 212 ºF. Σχεδιάζουμε αυτά τα δύο σημεία και σχεδιάζουμε μια γραμμή.
Μόλις γίνει αυτό, το σημείο στο οποίο και οι δύο γραμμές διασταυρώνονται ή τέμνονται είναι η θερμοκρασία στην οποία και οι δύο κλίμακες έχουν την ίδια τιμή. Όπως φαίνεται στο σχήμα, και οι δύο ευθείες τέμνονται στο σημείο (-40;-40), δηλαδή – 40 ºC = – 40 ºF .
Αυτή η ίδια διαδικασία μπορεί να πραγματοποιηθεί για οποιοδήποτε ζεύγος ζυγαριών θερμοκρασίας, αλλά υπάρχει ένας περιορισμός. Στην περίπτωση της θερμοκρασίας σε Κελσίου και σε Κέλβιν, το μέγεθος της μονάδας και στις δύο κλίμακες είναι το ίδιο, επομένως και τα δύο γραφήματα θα είναι παράλληλα και δεν θα τέμνονται ποτέ. Το ίδιο ισχύει για την κλίμακα Fahrenheit και την κλίμακα Rankine.
βιβλιογραφικές αναφορές
Η μαθηματική αντιμετώπιση των αποτελεσμάτων των μετρήσεων . (ν.δ.). Ανακτήθηκε από https://espanol.libretexts.org/@go/page/1798
μετρήσεις . (2020, 30 Οκτωβρίου). Ανακτήθηκε από https://espanol.libretexts.org/@go/page/1796
Οι συντάκτες της Encyclopaedia Britannica. (2018, 25 Οκτωβρίου). Κλίμακα θερμοκρασίας Φαρενάιτ | Ορισμός, τύπος και γεγονότα . Ανακτήθηκε από https://www.britannica.com/science/Fahrenheit-temperature-scale