Tabla de Contenidos
Temperatura jest zmienną, która wpływa na prawie wszystkie naturalne procesy. Jest to jedna z najczęściej mierzonych zmiennych w różnych dziedzinach, od badań naukowych po inżynierię i nauki o kosmosie. Tę właściwość materii można wyrazić w różnych jednostkach, między innymi w skali Fahrenheita i skali Kelvina. Pierwsza to najczęściej stosowana skala w inżynierii oraz w krajach takich jak Stany Zjednoczone i Anglia, gdzie nadal używany jest imperialny system jednostek.
Z drugiej strony temperatura bezwzględna w kelwinach jest niezbędna w wielu gałęziach fizyki i chemii, zwłaszcza w odniesieniu do obliczeń z gazami doskonałymi i termodynamiki. Z tego powodu umiejętność przeliczania stopni Fahrenheita (°F) na kelwiny (K) jest bardzo przydatną umiejętnością, a ten artykuł nauczy Cię, jak to zrobić na różne sposoby.
Ale zanim nauczysz się konwertować te dwie ważne jednostki temperatury, musisz mieć pojęcie o tym, czym są obie skale.
Skala Fahrenheita
Skala Fahrenheita to względna skala temperatury. Oznacza to, że wszystkie temperatury wyrażone na tej skali wskazują jedynie, czy temperatura jest niższa lub wyższa niż temperatura odniesienia, ale w rzeczywistości nie wskazują temperatury konkretnego punktu.
Jak każda względna skala temperatury, skala Fahrenheita została ustalona przy użyciu dwóch punktów odniesienia: niskiej temperatury, która reprezentuje „zero” skali, oraz drugiej temperatury, która określa rozmiar każdego stopnia lub jednostki.
W odniesieniu do zera na skali, wielu badaczy wydaje się zgadzać, że Fahrenheit zdecydował się przyjąć jako zero swojej skali najniższą temperaturę, jaką mógł zarejestrować, aby uniknąć istnienia temperatur ujemnych. Odpowiadało to mieszaninie wody, lodu i chlorku amonu. Ta mieszanina ma tę właściwość, że osiąga dość stabilną i dość niską temperaturę równowagi, dlatego Fahrenheit przypisał zero na swojej skali w tym momencie.
Kolejnym punktem odniesienia, według niektórych autorów, była temperatura zamarzania wody, której przypisał temperaturę 32°F, aby podzielić skalę od 0 do 32 na 4 grupy po 8 jednostek każda, co jest bardzo powszechne w systemie jednostek imperialnych. Używając tej skali, normalna temperatura wrzenia wody wynosi 212°F.
Bezwzględna skala temperatury i Kelvin (K)
W przeciwieństwie do skali Fahrenheita, skala Kelvina jest bezwzględną skalą temperatury , która nie zależy od żadnego punktu odniesienia. Zero w skali Kelvina faktycznie wskazuje na brak energii cieplnej w ciele. Został stworzony przez Williama Thompsona (znanego również jako Lord Kelvin, stąd nazwa) w 1848 roku, który przypisał każdej jednostce na swojej skali ten sam rozmiar, co stopień na skali Celsjusza. To sprawia, że konwersja z Kelvina na Celsjusza jest znacznie łatwiejsza, ale sprawia, że konwersja z Fahrenheita na Kelvina jest nieco trudniejsza.
Należy zauważyć, że jednostka temperatury w skali Kelvina nazywa się Kelvin, a jej symbolem jest K ; Nie nazywa się go stopniem Kelvina, ani jego symbolem nie jest °K. Dzieje się tak właśnie dlatego, że jest to skala bezwzględna, a nie względna. Na przykład 273 K to dwieście siedemdziesiąt trzy kelwiny, a nie dwieście siedemdziesiąt trzy „stopnie” kelwinów.
Formuła do konwersji stopni Fahrenheita na Kelvina
Transformacja ze stopni Fahrenheita na Kelvina jest zwykle wykonywana pośrednio, najpierw na stopnie Celsjusza, a następnie na Kelvina. Jednak tutaj przedstawiamy szybszy i bardziej bezpośredni sposób, który pozwala pominąć krok.
Korzystając z przedstawionych powyżej temperatur odniesienia i wiedząc, że temperatura zamarzania wody wynosi 273,15 K (co odpowiada 32 ° F), a temperatura wrzenia wynosi 373,15 K (co odpowiada 212 ° F), można wywnioskować, że każda jednostka Kelvina jest równa 1,8 lub 9/5 stopnia Fahrenheita. Obserwacje te podsumowano w następującym wzorze na przeliczanie stopni Fahrenheita na Kelwiny:
Ta formuła jest bardzo prosta, ale można ją jeszcze bardziej uprościć, dzieląc 9 przez 5, aby uzyskać liczbę dziesiętną w mianowniku. W takim przypadku równanie pozostaje:
W obu wzorach °F reprezentuje temperaturę w stopniach Fahrenheita (tę, którą chcemy przeliczyć), a K reprezentuje temperaturę w skali Kelvina (tę, którą chcemy określić).
Konwersja °F na K to prosty dwuetapowy proces:
Krok 1: Dodaj temperaturę w stopniach Fahrenheita z 459,67
Krok 2: Wynik sumy jest dzielony przez 1,8
Przykłady konwersji Fahrenheita na Kelvina
Przykład 1:
Chcesz przekształcić średnią temperaturę ciała, która wynosi 98,6 °F, na kelwiny.
Krok 1: Zastąp 98,6, gdzie we wzorze pojawia się °F.
Krok 2: w liczniku dokonuje się dodawania, następnie wynik dzielony jest przez 1,8 i na końcu umieszczana jest jednostka (K).
Ostatecznie 98,6°F równa się 310,15 K.
Przykład 2:
Załóżmy teraz, że chcemy zamienić 0 stopni Fahrenheita na K. Tak jak poprzednio, zaczynamy od podstawienia tej temperatury do wzoru:
I dwie operacje są przeprowadzane:
Wreszcie 0 ° F równa się 255,37 K.
Odwrotna konwersja, z Kelvina na Fahrenheita
Proces odwrotny jest równie prosty. Aby uzyskać wzór na przekształcenie stopni Fahrenheita na Kelwiny, wystarczy wyczyścić lub rozwiązać równanie dla °F. Wynik to:
Możesz także uniknąć używania ułamka w podobny sposób jak poprzednio. Wynik to:
wskazówka eksperta
Używając tych wzorów, nie zaleca się dołączania jednostek podczas zastępowania wartości, ponieważ może to spowodować pomylenie tych dwóch temperatur. Należy je umieścić dopiero po zakończeniu konwersji.
Bibliografia
Brązowy, T. (2021). Chemia: The Central Science (wyd. 11). Londyn, Anglia: Pearson Education.
Obróbka matematyczna wyników pomiarów. (nd). Pobrane z https://espanol.libretexts.org/@go/page/1798
środki. (2020, 30 października). Pobrane z https://espanol.libretexts.org/@go/page/1796
Redaktorzy Encyklopedii Britannica. (2018, 25 października). Skala temperatury Fahrenheita | Definicja, formuła i fakty. Pobrane z https://www.britannica.com/science/Fahrenheit-temperature-scale