تحويل مقاييس درجة الحرارة

مقال حول تحويل مقاييس درجة الحرارة

مقياس سيليزيوس ومقياس فهرنهايت هما مقياسان مختلفان لدرجة الحرارة. إذا قمنا بقياس درجة حرارة جسم ما وعرضناها على مقياس سيليزيوس، ثم أردنا التعبير عنها على مقياس فهرنهايت، فإننا نحولها من مقياس سيليزيوس إلى مقياس فهرنهايت. في هذا القسم، سنتعلم كيفية تحويل مقياس درجة الحرارة.

عند ضغط جوي واحد، تكون درجة حرارة نقطة التجمد لمقياس الحرارة المئوي = 0 ^oج، بينما مقياس الحرارة بالفهرنهايت = 32 ^oو. على العكس من ذلك، عند ضغط جوي واحد، تكون درجة حرارة نقطة الغليان مقياس حرارة سيليزيوس = 100 ^oج، بينما مقياس الحرارة ذو مقياس فهرنهايت = 212 ^oF.

لتسهيل عملية تحويل مقياس درجة الحرارة من مئوية إلى فهرنهايت أو العكس، تذكر 0 ^oC = 32 ^oF و 100 ^oC = 212 ^oو. على مقياس سيليزيوس، بين 0 ^oC و 100 ^oج هو 100^oبينما على مقياس فهرنهايت، بين 32 ^oF ل212 ^oيوجد 180^o.

3.1 تحويل مقياس سيليزيوس إلى مقياس فهرنهايت

للحصول على درجة الحرارة على مقياس فهرنهايت (T)، اضرب درجة الحرارة على مقياس سيليزيوس (T _C ) أولاً في 9/5 ثم أضف 32 ^درجة.

3.2 تحويل مقياس فهرنهايت إلى مقياس سيليزيوس

للحصول على درجة الحرارة على مقياس سيليزيوس (T _C )، قم بتقليل درجة الحرارة على مقياس فهرنهايت (T _F ) بمقدار 32 ^درجة ، ثم اضربها في 5/9.

4. مقياس حرارة غاز ذو حجم ثابت

تعلمنا سابقًا كيفية معايرة الترمومتر. الترمومتر الذي نستخدمه هو ترمومتر زئبقي بدون تدريج. عند معايرة ترمومترين من نوعين مختلفين، مثل ترمومتر زئبقي وترمومتر كحولي، يتطابق تدريج الترمومترين فقط عند 0 ^درجة مئوية (أو 32 ^درجة فهرنهايت) و100 ^درجة مئوية (أو 212 ^درجة فهرنهايت). عند استخدام الترمومترين لقياس درجة حرارة الهواء، لا تكون القراءات متطابقة بالضرورة. قد يُظهر الترمومتر الزئبقي 48 ^درجة مئوية، بينما يُظهر الترمومتر الكحولي 46 ^درجة مئوية. يعود هذا الاختلاف إلى اختلاف سرعة تمدد الزئبق والكحول. وينطبق الأمر نفسه على أنواع الترمومترات الأخرى، مثل الترمومترات ثنائية المعدن، وغيرها. يعتمد مقياس درجة الحرارة المُحدد بهذه الطريقة بشكل كبير على طبيعة المادة المستخدمة.

نظرًا لأن مقياس درجة الحرارة المحدد باستخدام الترمومتر عادةً ما يكون غير دقيق، فنحن بحاجة إلى ترمومتر معياري. يساعدنا وجود ترمومتر معياري على ضبط مقياس درجة الحرارة بدقة أكبر، دون الحاجة إلى الاعتماد على طبيعة المادة.

يُعدّ مقياس الحرارة الغازي ذو الحجم الثابت من أفضل أنواع مقاييس الحرارة. ويعتمد مبدأ عمله على الحفاظ على حجم الغاز ثابتًا دون تغيير. فعندما ترتفع درجة الحرارة، يرتفع ضغط الغاز. يحتوي أنبوبان على الزئبق. يُحافظ على حجم الغاز ثابتًا برفع أو خفض الأنبوب الثاني بحيث يبقى سطح الزئبق في الأنبوب الأول عند مستوى مرجعي. ومع ارتفاع درجة الحرارة، يرتفع ضغط الغاز في الأنبوب الثاني، لذا يجب رفع الأنبوب الثاني للحفاظ على حجم الغاز ثابتًا. ويمكن معرفة ضغط الغاز بقراءة ارتفاع عمود الزئبق (h) في الأنبوب الثاني. عند استخدام طريقة يدوية، تذكر أن ارتفاع عمود الزئبق يساوي 760 مم = 1 ضغط جوي. يحتوي مقياس الحرارة الغازي ذو الحجم الثابت المتطور على عداد ضغط. كما صُممت حاويات الغاز بحيث يبقى حجم الغاز ثابتًا، وبالتالي لا يُقاس سوى تغيرات الضغط.

5. مقياس كلفن

إذا رُسم الخط المائل في الرسم البياني أعلاه لقطع محور درجة الحرارة (من T ^إلى C)، فعندئذٍ عندما يكون ضغط الغاز صفرًا، تكون درجة حرارة الغاز -273.15 ^درجة مئوية. قد نعتقد أن درجة حرارة الغاز عند ضغط صفر تختلف باختلاف نوع الغاز في أنبوب مقياس الحرارة ذي الحجم الثابت. بناءً على التجربة، على الرغم من اختلاف نوع الغاز عند انعدام الضغط، فإن درجة الحرارة تبقى دائمًا -273.15 ^درجة مئوية. لذا، يمكننا استخدام هذه الدرجة كمقياس معياري لدرجة الحرارة (يُعرف أيضًا بالصفر المطلق). يُعرف هذا الصفر المطلق بالمقياس المطلق أو مقياس كلفن. كلفن هو اسم اللورد كلفن (1824-1907)، الفيزيائي البريطاني السابق.

في هذا المقياس، تُقاس درجة الحرارة بالكلفن (K)، وليس بالدرجة المئوية ( ^° K). المسافة بين الدرجات هي نفسها في مقياس سيليزيوس، ولكن الصفر يُزاح إلى 0 كلفن. لذا، 0 كلفن = -273.15 ^{درجة مئوية} ، و273.15 كلفن = 0 ^درجة مئوية. يمكن تحويل درجة الحرارة من مقياس سيليزيوس إلى مقياس كلفن بإضافة 273.15. وبالمثل، يمكن تحويل درجة الحرارة من مقياس كلفن إلى مقياس سيليزيوس بطرح 273.15.

T (K) = T ( ^° C) + 273.15

T ( ^° C) = T (K) – 273.15