온도계 저울 : 공식, 예제, 풀이 연습 - 물리적 인

온도계상의 규모는 온도의 측정에 사용되는이 크기 스케일이 시스템의 열 에너지를 정량화하는 데 사용됩니다. 온도를 측정하는 데 사용되는 장치, 즉 온도계는 눈금을 포함해야 판독 할 수 있습니다.

적절한 척도를 구성하려면 두 개의 기준점을 가져 와서 그 사이의 간격을 나누어야합니다. 이러한 구분을 학위라고합니다. 이러한 방식으로 측정 대상의 온도 (커피의 온도, 욕조 또는 체온)가 기기에 표시된 기준과 비교됩니다.

그림 1. 섭씨 눈금으로 표시된 온도계. 출처 : Pixabay.

가장 일반적으로 사용되는 온도 눈금은 섭씨, 화씨, 켈빈 및 랭킨 눈금입니다. 기준점으로 선택된 점은 임의적이므로 모두 온도 측정에 똑같이 적합합니다.

섭씨 눈금과 화씨 눈금 모두에서 눈금의 0은 온도가 없음을 나타내지 않습니다. 이러한 이유로 그들은 상대적인 척도입니다. 반면 켈빈 척도와 랭킨 척도의 경우 0은 분자 활동의 중단을 나타내므로 절대 척도로 간주됩니다.

섭씨 눈금

이 스케일은 18 세기 스웨덴 천문학 자 Anders C. Celsius (1701–1744), 약 1735에 의해 발명되었습니다. 매우 직관적 인이 스케일은 정상 대기압 (1 atm)에서 물의 빙점과 끓는점을 사용합니다. 참조 점으로.

물은 이에 매우 적합한 보편적 인 물질이며 그 값은 실험실에서 쉽게 얻을 수 있습니다.

섭씨 눈금에서 물의 어는점은 0 ° C에 해당하고 끓는점은 100 ° C에 해당하지만 원래 섭씨가 반대 방향으로 제안했고 나중에 순서가 역전되었습니다. 이 두 기준 값 사이에는 100 개의 동일한 분할이 있으므로 때때로 섭씨 눈금이라고도합니다.

등가

섭씨와 다른 온도 눈금 사이의 동등성을 설정하려면 두 가지 측면을 고려해야합니다.

-섭씨 눈금과 다른 눈금 사이의 관계는 선형이므로 다음과 같은 형식입니다.

y = mx + b

-두 척도의 기준점을 알아야합니다.

예 : 섭씨와 화씨 눈금 사이의 동등성

T _ºC 는 섭씨 눈금 의 온도 이고 T _ºF 는 화씨 눈금 의 온도 _라고 합시다 . 따라서 :

0ºC = 32ºF 및 100ºC = 212ºF로 알려져 있습니다. 이전 방정식에서 이러한 값을 대체하고 다음을 얻습니다.

이것은 두 개의 미지수가있는 두 개의 선형 방정식으로 구성된 시스템으로, 알려진 방법 중 하나로 해결할 수 있습니다. 예를 들어, 감소 :

________________

m을 알면 대입하여 b를 얻습니다.

이제 m과 b의 값을 등가 방정식에 연결하여 다음을 얻습니다.

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

동등하게 : T _{° C} = (5/9). (T _ºF -32)

이 방정식을 사용하면 _TºF 가 나타나는 곳에 값을 입력하기 만하면 화씨를 섭씨로 직접 전달할 수 있습니다 .

예 : 섭씨와 켈빈 척도의 동등성

온도의 절대 영도, 즉 가스에서 모든 분자 활동이 사라지는 값을 측정하기 위해 많은 실험이 수행되었습니다. 이 온도는 -273ºC에 가깝습니다.

T _K 를 켈빈 단위의 온도 _라고 합시다. –이 척도에는“degree”라는 단어가 사용되지 않습니다. 동등성은 다음과 같습니다.

즉, 켈빈 스케일에 음수 값이 없다는 점에서 스케일이 다릅니다. Celsius-Fahrenheit 관계에서 선의 기울기는 5/9와 같고이 경우 1과 같습니다.

켈빈과 섭씨는 같은 크기이며, 앞서 살펴본 것처럼 켈빈 눈금에는 음의 온도 값이 포함되지 않습니다.

화씨 스케일

Daniel Fahrenheit (1686-1736)은 폴란드 태생의 독일 출신 물리학 자입니다. 1715 년경, Fahrenheit는 임의로 선택된 두 개의 기준점을 기준으로 눈금이있는 온도계를 만들었습니다. 그 이후로 영어권 국가에서 널리 사용됩니다.

원래 Fahrenheit는 낮은 설정 점으로 얼음과 소금의 혼합물 온도를 선택하고 0 °로 설정했습니다. 다른 점에서는 그는 인체 온도를 선택하고 100 도로 설정했습니다.

당연히 그는 "정상적인"체온이 무엇인지 판단하는 데 어려움을 겪었습니다. 그 이유는 사람이 반드시 아프지 않고 하루 종일 또는 하루에서 다음 날로 변하기 때문입니다.

체온이 99.1ºF 인 완전히 건강한 사람이있는 반면 다른 사람에게는 98.6ºF가 정상인 것으로 밝혀졌습니다. 후자는 일반 인구의 평균 값입니다.

따라서 화씨 눈금 기준점은 32ºF로 설정되고 끓는점은 212ºF로 설정된 물의 빙점에 대해 변경되어야했습니다. 마지막으로 척도는 180 개의 동일한 간격으로 나뉩니다.

화씨를 섭씨로 변환

위에 표시된 방정식에서 다음과 같습니다.

같은 방식으로 우리는 이것을 다음과 같이 생각할 수 있습니다. 섭씨 눈금은 100도이고 화씨 눈금은 180 도입니다. 따라서 1ºC가 증가하거나 감소 할 때마다 1.8ºF = (9/5) ºF가 증가하거나 감소합니다.

예

이전 방정식을 사용하여 화씨에서 켈빈 척도로 이동할 수있는 공식을 찾으십시오.

T _ºC = T _K -273을 알고 이미 추론 된 방정식에 대입하면 다음과 같습니다.

T _ºC = T _K -273

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

켈빈 척도

William Thomson (1824-1907), Lord Kelvin은 임의의 기준점이없는 척도를 제안했습니다. 이것은 1892 년에 제안 된 그의 이름을 지니는 절대 온도 눈금입니다. 절대 0이 가능한 최저 온도이기 때문에 음의 온도 값이 없습니다.

0K의 온도에서는 분자의 움직임이 완전히 중단되었습니다. 섭씨 눈금도 액세서리 단위로 간주되지만 이것은 국제 시스템 (SI) 눈금입니다. 켈빈 눈금은 "도"를 사용하지 않으므로 모든 온도는 숫자 값에 "켈빈"이라고하는 단위를 더한 값으로 표시됩니다.

지금까지는 절대 0에 도달하는 것이 불가능했지만 과학자들은 꽤 가까워졌습니다.

실제로, 저온 전문 실험실에서, 그들은 700 nanokelvin 700 X 1010 나트륨 샘플의 온도를 관리해야 ^-9 켈빈. 한편, 규모의 다른 쪽 끝에서는 핵폭발이 1 억 켈빈 이상의 온도를 생성 할 수있는 것으로 알려져 있습니다.

각 켈빈은 물의 삼중점 온도의 1 / 273.16 부분에 해당합니다. 이 온도에서 물의 세 단계는 평형을 이룹니다.

켈빈 눈금 및 섭씨 및 화씨 눈금

켈빈과 섭씨 눈금 사이의 관계는 273.16에서 273-로 반올림됩니다.

유사하게, 대체를 통해 켈빈과 화씨 사이의 관계를 얻습니다.

랭킨 스케일

Rankine 척도는 스코틀랜드 태생의 엔지니어 인 William Rankine (1820-1872)이 제안했습니다. 산업 혁명의 선구자 인 그는 열역학에 큰 공헌을했습니다. 1859 년에 그는 -459.67 ° F에서 0을 설정하는 절대 온도 척도를 제안했습니다.

이 눈금에서 도의 크기는 화씨 눈금과 동일합니다. Rankine 척도는 R로 표시되고 Kelvin 척도와 마찬가지로 그 값은 도가 아니라 오히려 Rankine이라고 불립니다.

그러므로:

0 K = 0 R = −459.67 ° F =-273.15 ºC

요약하면 다음은 이미 설명 된 항목에서 Rankine 척도로 이동하는 데 필요한 변환입니다.

그림 2. 랭킨 온도 스케일 변환. 출처 : F. Zapata.

Réaumur 척도

이전에 사용 된 또 다른 온도 척도는도 또는 ºR로 표시되는 Réaumur 척도입니다. 섭씨 스케일로 대체 될 때까지 유럽에서 널리 사용되었지만 현재 사용되지 않습니다.

1731 년경 René-Antoine Ferchault de Réaumur (1683-1757)에 의해 만들어졌습니다. 참고 문헌은 물의 빙점 0 ° R, 끓는점 80 ° R입니다.

보시다시피 0에서 섭씨 스케일과 일치하지만 다른 값에서는 확실히 일치하지 않습니다. 섭씨 규모와 관련이 있습니다.

온도가 일치해야하므로 T _ºC = T _ºF = x이므로 다음과 같습니다.

T _ºC = -40 ºC, T _ºF = -40 ºF

연습 2

보일러에서 나오는 증기의 온도는 610ºR입니다. 화씨와 섭씨로 온도를 찾으십시오.

해결책

따라서 Réaumur 척도 섹션에서 찾은 동등성이 사용됩니다. 따라서 T _ºC = (5/4) T _ºR = (5/4). 610 ° C = 762.5 ° C

그런 다음이 발견 된 값을 화씨로 변환하거나 언급 된 다른 변환을 사용할 수 있습니다.

또는 동일한 결과를 제공하는 다른 하나 : T _ºR = (4/9) (T _ºF -32)

다음과 같이 해결됩니다. T _ºF = (9/4) T _ºR + 32 = (9/4) 610 + 32 ºF = 1404.5 ºF.

전환 요약

요약하면 다음 표는 설명 된 모든 척도에 대한 변환을 제공합니다.

그림 3. 온도 눈금에 대한 변환 표. 출처 : F. Zapata.

참고 문헌

온도 눈금. 출처 : thales.cica.es.
Knight, R. 2017. 과학자 및 공학을위한 물리학 : 전략 접근. 피어슨.
Tillery, B. 2012. 물리 과학. McGraw Hill.
Wikipedia. 섭씨 온도. 출처 : es.wikipedia.org
Wikipedia. 화씨. 출처 : es.wikipedia.org.
Wikipedia. 랭킨. 출처 : es.wikipedia.org.

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