Температурная шкала

В мире термальной физики очень важно понимать температуру и шкалы, используемые для ее измерения. Температура является мерой средней кинетической энергии частиц в веществе. Она говорит нам о том, насколько горячо или холодно что-то. По всему миру используются различные шкалы для измерения температуры, каждая из которых имеет значение в зависимости от контекста, в котором она используется.

Что такое температура?

Прежде чем обсудить температурную шкалу, давайте сначала разберемся, что такое температура. Температура — одна из ключевых физических величин в физике, отражающая тепловое состояние вещества. В основном, это косвенная мера энергии частиц в веществе. Чем больше кинетической энергии у частиц, тем выше температура вещества.

Основная температурная шкала

Существует несколько температурных шкал, используемых по всему миру, но три наиболее распространенные — это Цельсия, Фаренгейт и Кельвин. Давайте более подробно рассмотрим каждую:

Шкала Цельсия

Шкала Цельсия, известная также как шкала по Цельсию, является самой широко используемой температурной шкалой в мире. Эта шкала устанавливает точку замерзания воды при 0 градусах Цельсия (°C) и точку кипения при 100 °C в стандартных атмосферных условиях.
Шкала Цельсия основана на метрической системе, которая проста и интуитивно понятна, особенно для научной работы.

0°C - Точка замерзания воды 100°C - Точка кипения воды

В повседневной жизни температура часто выражается в градусах Цельсия. Например, жаркий летний день может быть около 30 °C, в то время как холодный зимний день может составлять около -5 °C. Шкала Цельсия удобна для использования, поскольку каждое изменение на один градус на этой шкале эквивалентно определенному изменению энергии.

Шкала Фаренгейта

Шкала Фаренгейта используется главным образом в Соединенных Штатах. Она устанавливает точку замерзания воды при 32 градусах Фаренгейта (°F) и точку кипения при 212 °F. Между этими двумя точками шкала делится на 180 делений.

32°F - Точка замерзания воды 212°F - Точка кипения воды

Перевод между Фаренгейтом и Цельсиями можно рассчитать с помощью следующей формулы:

T(°F) = T(°C) × 9/5 + 32

где T(°F) — температура в Фаренгейтах, а T(°C) — температура в Цельсиях.

Например, чтобы перевести 30°C в Фаренгейты:

T(°F) = 30 × 9/5 + 32 = 86°F

Шкала Кельвина

Шкала Кельвина является стандартной единицей измерения температуры, используемой в научных контекстах. Это абсолютная температурная шкала, которая начинается от абсолютного нуля, теоретической точки, где прекращается движение всех частиц. Шкала Кельвина не использует градусов; это просто "кельвин" (K).

0 K - Абсолютный ноль

Шкала Кельвина и Цельсия связаны напрямую. Вы можете перевести температуру по Цельсию в Кельвины с помощью формулы:

T(K) = T(°C) + 273.15

Например, чтобы перевести 25°C в Кельвины:

T(K) = 25 + 273.15 = 298.15 K

Единицы и измерения

Все упомянутые шкалы имеют определенные единицы и используются в различных сценариях:

• Цельсий: Используется в основном для большинства задач измерения температуры за пределами Соединенных Штатов.
• Фаренгейт: Используется в основном в Соединенных Штатах и некоторых странах Карибского бассейна.
• Кельвин: Используется в научных сообществах по всему миру благодаря своей абсолютной природе.

Почему разные шкалы?

Разные шкалы существуют из-за исторических и региональных предпочтений. Например, шкала Фаренгейта была разработана Даниэлом Габриэлем Фаренгейтом в 1724 году, до появления шкалы Цельсия, предложенной Андерсом Цельсием в 1742 году. Шкала Кельвина была разработана позже, в 19 веке, лордом Кельвином, чтобы обеспечить температурную шкалу, лучше соответствующую потребностям науки.

Интерактивный пример

Давайте рассмотрим несколько сценариев, чтобы понять взаимосвязь между этими шкалами:

• Пример 1: Точка замерзания и кипения
  Вода замерзает:
  • 0 °C
  • 32°F
  • 273.15 K
  Вода кипит:
  • 100 градусов Цельсия
  • 212°F
  • 373.15 K
• Пример 2: Температура тела человека
  Нормальная температура тела человека составляет примерно:
  • 37°C
  • 98.6°F
  • 310.15 K
• Пример 3: Абсолютный ноль
  Абсолютный ноль, теоретическая точка полной устойчивости частиц, достигается при:
  • -273.15° Цельсия
  • -459.67°F
  • 0 К

Резюме

Температурные шкалы являются важной частью понимания и передачи информации о теплотехнических процессах в различных контекстах и областях. Будь то использование Цельсия в европейских прогнозах погоды, Фаренгейта в американских прогнозах или Кельвина в научных исследованиях, конечная цель остается той же: описать, насколько горячо или холодно что-то.

Комментарии