थर्मोमेट्रिक तराजू: सूत्र, उदाहरण, हल किए गए अभ्यास - शारीरिक - 2025

Thermometric तराजू तापमान की माप में इस्तेमाल की, परिमाण पैमाने के लिए एक प्रणाली की तापीय ऊर्जा यों के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। तापमान को मापने के लिए इस्तेमाल किया जाने वाला उपकरण, यानी थर्मामीटर, रीडिंग लेने में सक्षम होने के लिए एक पैमाने को शामिल करना चाहिए।

एक उपयुक्त पैमाने का निर्माण करने के लिए, आपको दो संदर्भ बिंदु लेने होंगे और उनके बीच के अंतराल को विभाजित करना होगा। इन विभाजनों को डिग्री कहा जाता है। इस तरह, मापा जाने वाला वस्तु का तापमान, जो कॉफी का तापमान, स्नान या शरीर का तापमान हो सकता है, की तुलना यंत्र पर अंकित संदर्भ से की जाती है।

चित्रा 1. थर्मामीटर सेल्सियस पैमाने में स्नातक की उपाधि प्राप्त की। स्रोत: पिक्साबे

सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला तापमान तराजू हैं सेल्सियस, फ़ारेनहाइट, केल्विन और रैंकिन तराजू। सभी तापमान मापने के लिए समान रूप से उपयुक्त हैं, क्योंकि संदर्भ बिंदु के रूप में चुने गए बिंदु मनमाने हैं।

सेल्सियस पैमाने और फ़ारेनहाइट पैमाने दोनों में, पैमाने का शून्य तापमान की अनुपस्थिति को इंगित नहीं करता है। इस कारण वे सापेक्ष तराजू हैं। दूसरी ओर, केल्विन स्केल और रैंकिनी स्केल के लिए, 0 आणविक गतिविधि के समाप्ति का प्रतिनिधित्व करता है, इसलिए उन्हें पूर्ण पैमाने पर माना जाता है।

सेल्सियस पैमाने पर

इस पैमाने का आविष्कार 18 वीं शताब्दी के स्वीडिश खगोलविद एंडर्स सी। सेल्सियस (1701–1744), 1735 के आस-पास किया गया था। बहुत ही सहज, यह पैमाना सामान्य वायुमंडलीय दबाव (1 एटीएम) में हिमांक और पानी के क्वथनांक का उपयोग करता है। संदर्भ बिंदुओं के रूप में।

पानी एक सार्वभौमिक पदार्थ है जो इसके लिए बहुत उपयुक्त है, और इसके मूल्यों को प्रयोगशाला में प्राप्त करना आसान है।

सेल्सियस के पैमाने पर, पानी का हिमांक बिंदु वह होता है जो 0 ° C से मेल खाता हो और क्वथनांक 100 ° C से मेल खाता हो, हालाँकि मूल रूप से C सेल्सियस ने उन्हें दूसरे तरीके से प्रस्तावित किया था और बाद में क्रम उलट गया था। इन दो संदर्भ मूल्यों के बीच 100 समान विभाजन हैं, यही वजह है कि इसे कभी-कभी सेंटीग्रेड पैमाने के रूप में संदर्भित किया जाता है।

equivalences

डिग्री सेल्सियस और अन्य तापमान पैमानों के बीच एक समानता स्थापित करने के लिए, दो पहलुओं को ध्यान में रखा जाना चाहिए:

- सेल्सियस पैमाने और दूसरे पैमाने के बीच संबंध रैखिक है, इसलिए यह रूप का है:

y = mx + b

-आपको दोनों पैमानों के संदर्भ बिंदुओं को जानना होगा।

उदाहरण: सेल्सियस और फ़ारेनहाइट तराजू के बीच तुल्यता

टी चलो _{ºC हो} सेल्सियस पैमाने पर और टी पर तापमान _ºF फ़ारेनहाइट पैमाने इसलिए, पर तापमान:

यह ज्ञात है कि 0 isC = 32ºF और 100 =C = 212.F। हम पिछले समीकरण में इन मूल्यों को प्रतिस्थापित करते हैं और हम प्राप्त करते हैं:

यह दो अज्ञात के साथ दो रैखिक समीकरणों की एक प्रणाली है, जिसे किसी भी ज्ञात विधि द्वारा हल किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, कमी से:

________________

मीटर को जानते हुए, हम प्रतिस्थापन द्वारा b प्राप्त करते हैं:

अब हम एम और बी के मूल्यों को प्राप्त करने के लिए अपने समकक्ष समीकरण में प्लग करते हैं:

टी _{° C} = (5/9)। टी _ºF - (160/9) = (5T _ºF -160) / 9

समान रूप से: T _{° C} = (5/9)। (T _ºF - 32)

यह समीकरण सीधे डिग्री सेल्सियस पर डिग्री फ़ारेनहाइट को पास करने की अनुमति देता है, जहां टी _appearsF प्रकट होता है ।

उदाहरण: सेल्सियस और केल्विन तराजू के बीच तुल्यता

तापमान के निरपेक्ष शून्य को मापने की कोशिश करने के लिए कई प्रयोग किए गए हैं, अर्थात्, वह मूल्य जिसके लिए सभी आणविक गतिविधि एक गैस में गायब हो जाती हैं। यह तापमान -273.C के करीब है।

बता दें कि केल्विन में T _K का तापमान होता है- इस डिग्री के लिए "डिग्री" शब्द का उपयोग नहीं किया जाता है-, समतुल्यता है:

यही है, तराजू अलग है कि केल्विन पैमाने में नकारात्मक मान नहीं हैं। सेल्सियस में - फ़ारेनहाइट संबंध, रेखा का ढलान 5/9 के बराबर है और इस मामले में यह 1 के बराबर है।

केल्विन और डिग्री सेल्सियस एक ही आकार हैं, केवल केल्विन स्केल, जैसा कि ऊपर से देखा जा सकता है, इसमें तापमान के नकारात्मक मान शामिल नहीं हैं।

फारेनहाइट स्केल

डैनियल फारेनहाइट (1686–1736) जर्मन मूल के पोलिश मूल के भौतिक विज्ञानी थे। 1715 के आसपास, फारेनहाइट ने दो मनमाने ढंग से चुने गए संदर्भ बिंदुओं के आधार पर एक थर्मामीटर बनाया। तब से यह अंग्रेजी बोलने वाले देशों में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

मूल रूप से फ़ारेनहाइट ने निचले सेट बिंदु के लिए बर्फ और नमक के मिश्रण का तापमान चुना और इसे 0 ° के रूप में सेट किया। अन्य बिंदु के लिए, उन्होंने मानव शरीर के तापमान का चयन किया और इसे 100 डिग्री पर सेट किया।

अप्रत्याशित रूप से, उन्हें यह निर्धारित करने में कुछ परेशानी थी कि "सामान्य" शरीर का तापमान क्या है, क्योंकि यह पूरे दिन में बदलता है, या एक दिन से दूसरे दिन तक, व्यक्ति के बीमार होने के बिना।

यह पता चला है कि 99.1,F के शरीर के तापमान के साथ पूरी तरह से स्वस्थ लोग हैं, जबकि अन्य के लिए 98.6 areF होना सामान्य है। उत्तरार्द्ध सामान्य आबादी के लिए औसत मूल्य है।

इसलिए फ़ारेनहाइट पैमाने के संदर्भ बिंदुओं को पानी के ठंड बिंदु के लिए बदलना पड़ा, जिसे 32ºF और क्वथनांक 212 andF पर सेट किया गया था। अंत में, पैमाने को 180 बराबर अंतराल में विभाजित किया गया।

डिग्री फेरनहाइट को डिग्री सेल्सियस में परिवर्तित करें

ऊपर दिखाए गए समीकरण से, यह निम्नानुसार है कि:

उसी तरह, हम इसे इस तरह से मान सकते हैं: सेल्सियस पैमाने पर 100 डिग्री है, जबकि फ़ारेनहाइट पैमाने पर 180 डिग्री है। तो, 1 forC की प्रत्येक वृद्धि या कमी के लिए, 1.8 =F = (9/5) 5F की वृद्धि या कमी है

उदाहरण

पिछले समीकरणों का उपयोग करते हुए, एक सूत्र खोजें जो आपको फ़ारेनहाइट से केल्विन पैमाने पर जाने की अनुमति देता है:

यह जानते हुए कि: T = _C = T _K - 273 और समीकरण में प्रतिस्थापित, पहले से ही घटाए गए, हमारे पास:

टी _{º सी} = टी _के - २.३

इसलिए: T: _F = (9/5) (T _K - 273) + 32 = (9/5) T _K - 453.4

केल्विन स्केल

विलियम थॉमसन (1824-1907), लॉर्ड केल्विन ने मनमाने संदर्भ बिंदुओं के बिना एक पैमाने प्रस्तावित किया। यह पूर्ण तापमान स्केल है जो 1892 में प्रस्तावित उनके नाम को सहन करता है। इसमें नकारात्मक तापमान मान नहीं है, क्योंकि निरपेक्ष 0 सबसे कम संभव तापमान है।

0 K के तापमान पर अणुओं का कोई भी मूवमेंट पूरी तरह से बंद हो गया है। यह इंटरनेशनल सिस्टम (SI) स्केल है, हालांकि सेल्सियस स्केल को एक एक्सेसरी यूनिट भी माना जाता है। याद रखें कि केल्विन स्केल "डिग्री" का उपयोग नहीं करता है, इसलिए किसी भी तापमान को संख्यात्मक मान के साथ-साथ यूनिट के रूप में व्यक्त किया जाता है, जिसे "केल्विन" कहा जाता है।

अभी तक पूर्ण शून्य तक पहुंचना संभव नहीं हो पाया है, लेकिन वैज्ञानिकों ने बहुत करीब पहुंच लिया है।

वास्तव में, कम तापमान में विशेष प्रयोगशालाओं में, वे 700 नैनोकेल्विन या 700 x 1010 ^-9 केल्विन में सोडियम के नमूनों को ठंडा करने में कामयाब रहे हैं । दूसरी ओर, पैमाने के दूसरे छोर की ओर, यह ज्ञात है कि एक परमाणु विस्फोट से 100 या अधिक मिलियन केल्विन का तापमान उत्पन्न हो सकता है।

प्रत्येक केल्विन पानी के ट्रिपल बिंदु के तापमान के 1 / 273.16 भागों से मेल खाती है। इस तापमान पर पानी के तीन चरण संतुलन में हैं।

केल्विन स्केल और सेल्सियस और फ़ारेनहाइट तराजू

केल्विन और सेल्सियस तराजू के बीच का संबंध 273.16 से 273- के आसपास है:

इसी प्रकार, प्रतिस्थापन द्वारा, केल्विन और फ़ारेनहाइट तराजू के बीच एक संबंध प्राप्त किया जाता है:

रैंकिन स्केल

रैंकिन पैमाने का प्रस्ताव स्कॉटिश-जन्मे इंजीनियर (1820-1872) विलियम रैंकिन द्वारा प्रस्तावित किया गया था। औद्योगिक क्रांति के एक अग्रणी, उन्होंने थर्मोडायनामिक्स में महान योगदान दिया। 1859 में उन्होंने scale459.67 ° F पर शून्य सेट करते हुए एक पूर्ण तापमान पैमाने का प्रस्ताव दिया।

इस पैमाने पर डिग्री का आकार फ़ारेनहाइट पैमाने पर समान होता है। रैंकिन पैमाने को आर के रूप में निरूपित किया जाता है और केल्विन पैमाने के साथ, इसके मूल्यों को डिग्री नहीं, बल्कि रैंकिन कहा जाता है।

इस प्रकार:

0 K = 0 R = −459.67 ° F = - 273.15 0C

संक्षेप में, यहाँ पहले से वर्णित किसी से रैंकिन पैमाने पर जाने के लिए आवश्यक रूपांतरण हैं:

चित्रा 2. रैंकिन तापमान पैमाने पर रूपांतरण। स्रोत: एफ। ज़पाटा

रयूमर स्केल

एक और पहले का उपयोग किया गया तापमान पैमाना रयूमर स्केल है, जिसे डिग्री या temperatureR के रूप में दर्शाया जाता है। यह वर्तमान में डिस्प्यूस में है, हालांकि इसे यूरोप में व्यापक रूप से तब तक इस्तेमाल किया जाता था जब तक कि इसे सेल्सियस के पैमाने से विस्थापित नहीं कर दिया जाता।

इसे रेने-एंटोनी फेरचॉल्ट डी रेयूमर (1683-1757) ने लगभग 1731 में बनाया था। इसके संदर्भ हैं: पानी के हिमांक के लिए 0 ° R और क्वथनांक के लिए 80 ° R।

जैसा कि देखा जा सकता है, यह शून्य पर सेल्सियस के पैमाने के साथ मेल खाता है, लेकिन निश्चित रूप से अन्य मूल्यों पर नहीं। यह सेंटीग्रेड स्केल से संबंधित है:

और चूंकि तापमान का संयोग होना चाहिए, तब T _TC = T _xF = x, यह इस प्रकार है:

जब T _TC = -40,C, भी T = _F = -40 ºF

व्यायाम २

बॉयलर से निकलने वाली भाप 610 ofR के तापमान पर होती है। फारेनहाइट और डिग्री सेल्सियस में तापमान का पता लगाएं।

उपाय

रेयूमर स्केल के खंड में पाए जाने वाले समतलों का उपयोग किया जाता है, इसलिए: T = _C = (5/4) T) _R = (5/4)। 610 ° C = 762.5 ° C

फिर आप इस पाया गया मान को डिग्री फ़ारेनहाइट में बदल सकते हैं, या उल्लिखित रूपांतरणों का उपयोग कर सकते हैं:

या यह अन्य एक, जो समान परिणाम देता है: T (_R = (4/9) (T _--F - 32)

यह समाधान हो जाता है: टी _ºF = (9/4) टी _ºR + 32 = (9/4) 610 + 32 ºF = 1404.5 ºF।

वार्तालाप सारांश

सारांश में, निम्न तालिका वर्णित सभी पैमानों के लिए रूपांतरण प्रदान करती है:

चित्रा 3. तापमान तराजू के लिए रूपांतरण की तालिका। स्रोत: एफ। ज़पाटा

संदर्भ

1. तापमान तराजू। से पुनर्प्राप्त: thales.cica.es।
2. नाइट, आर। 2017. फिजिक्स फॉर साइंटिस्ट्स एंड इंजीनियरिंग: एक रणनीति दृष्टिकोण। पियर्सन।
3. टिलरी, बी। 2012. फिजिकल साइंस। मैकग्रा हिल।
4. विकिपीडिया। डिग्री सेल्सियस। से पुनर्प्राप्त: es.wikipedia.org
5. विकिपीडिया। फारेनहाइट डिग्री। से पुनर्प्राप्त: es.wikipedia.org।
6. विकिपीडिया। रैंकिन। से पुनर्प्राप्त: es.wikipedia.org।