Écailles thermométriques

Thermomètre à échelle Celsius

Quelles sont les échelles thermométriques?

Le Écailles thermométriques Ce sont ceux utilisés dans la mesure de la température, une ampleur scalaire qui sert à quantifier l'énergie thermique d'un système. Le dispositif utilisé pour mesurer la température, c'est-à-dire un thermomètre, doit incorporer une échelle pour pouvoir lire.

Pour construire une échelle appropriée, vous devez prendre deux points de référence et diviser l'intervalle entre eux. Ces divisions sont appelées diplômes. De cette façon, la température de l'objet à mesurer est comparée, ce qui peut être la température du café, du bain ou de la température corporelle, avec la référence marquée dans l'instrument.

Les échelles de température les plus utilisées sont les échelles Celsius, Fahrenheit, Kelvin et Rankine. Tous sont tout aussi appropriés pour mesurer la température, car les points sélectionnés comme référence sont arbitraires.

Les deux sur l'échelle Celsius et sur l'échelle Fahrenheit zéro de l'échelle n'indique pas l'absence de température. Pour cette raison, ils sont échelles relatives. D'un autre côté, pour l'échelle de Kelvin et l'échelle de Rankine, le 0 représente la cessation de l'activité moléculaire, donc ils sont considérés Écailles absolues.

Échelle Celsius

Thermomètre numérique clinique diplômé en degrés Celsius. Source: Simon Schoar / CC By-S (https: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 2.5)

Cette échelle a été inventée par l'astronome suédois du XVIIIe siècle Anders C. Celsius (1701-1744), vers 1735. Très intuitif, cette échelle utilise le point de congélation et le point d'ébullition de l'eau à la pression atmosphérique normale (1 atm) comme points de référence.

L'eau est une substance universelle très appropriée pour cela, et ses valeurs sont faciles à obtenir en laboratoire.

Sur l'échelle Celsius, le point de congélation de l'eau est celui qui correspond à 0 ° C et le point d'ébullition à 100 ° C, bien qu'à l'origine Celsius ait proposé à l'inverse et plus tard, l'ordre a été investi. Entre ces deux valeurs de référence, il y a 100 divisions identiques, il est donc parfois connu sous le nom d'échelle Celsius.

Équivalence

Pour établir une équivalence entre les degrés Celsius et d'autres échelles de température, deux aspects doivent être pris en compte:

• La relation entre l'échelle Celsius et l'autre échelle est linéaire, c'est donc la forme:

y = m.x + b

-Vous devez connaître les points de référence des deux échelles.

Exemple: équivalence entre Celsius et Fahrenheit Scales

Laisser t_ºC La température dans l'échelle Celsius et T_ºF La température sur l'échelle de Fahrenheit: par conséquent:

T_ºC = m. T_ºF + b

Il est connu que 0 ºC = 32 ºF et 100 ºC = 212 ºF. Nous remplaçons ces valeurs dans l'équation précédente et obtenons:

Peut vous servir: capacité thermique

0 = 32m + b

100 = 212m + b

Il s'agit d'un système de deux équations linéaires avec deux inconnues, qui peuvent être résolues par l'une des méthodes connues. Par exemple, par réduction:

100 = 212m + b

0 = -32m - b

________________

100 = 180m

M = 100/180 = 5/9

Connaissance m, on obtient b Par remplacement:

B = -32m = -32. (5/9) = -160/9

Maintenant, nous remplaçons les valeurs de m et b Dans notre équation d'équation pour obtenir:

T_ºC = (5/9). T_ºF - (160/9) = (5T_ºF -160) / 9

Équivalence: T_ºC = (5/9). (T_ºF - 32)

Cette équation permet de passer des degrés Fahrenheit à des degrés Celsius directement, juste en écrivant la valeur où t apparaît_ºF.

Exemple: équivalence entre Celsius et Kelvin

De nombreuses expériences ont été réalisées pour essayer de mesurer la température absolue zéro, c'est-à-dire la valeur pour laquelle toute activité moléculaire disparaît dans un gaz. Cette température est d'environ -273 ºC.

Être T_K La température dans Kelvin - Le mot «grade» pour cette échelle n'est pas utilisé, l'équivalence est:

T_ºC = T_K - 273

C'est-à-dire que les échelles diffèrent dans l'échelle de Kelvin n'ont pas de valeurs négatives. Dans la relation Celsius - Fahrenheit, la pente de la ligne vaut 5/9 et dans ce cas, il vaut 1.

Les degrés Kelvins et Celsius ont la même taille, seulement que l'échelle de Kelvin, comme on peut le voir ci-dessus, ne contemple pas les valeurs de température négatives.

Échelle de Fahrenheit

Thermomètre mural avec échelle principale en degrés Fahrenheit et échelle secondaire en degrés Celsius

Daniel Fahrenheit (1686-1736) était un physicien d'origine allemande née en Pologne. Vers 1715, Fahrenheit a fabriqué un thermomètre avec une échelle basée sur la référence choisie arbitrairement. Depuis lors, il est beaucoup utilisé dans les pays en anglais.

À l'origine, Fahrenheit a choisi la température d'un mélange de glace et de sel pour le point de référence inférieur et l'a établi à 0 °. Pour l'autre point, il a sélectionné la température du corps humain et l'a réglé à 100 degrés.

Comme prévu, il a eu des problèmes pour déterminer quelle est la température corporelle «normale», car elle change tout au long de la journée, ou d'une journée à une autre sans que la personne soit nécessairement malade.

Il s'avère qu'il y a des personnes totalement en bonne santé avec 99 températures corporelles.1 ºF, tandis que pour d'autres, il est normal d'avoir 98.6 ºF. Ce dernier est la valeur moyenne de la population générale.

Ainsi, les points de référence de l'échelle Fahrenheit ont dû changer pour le point de congélation de l'eau, qui a été établie en 32 ºF et l'ébullition en 212 ºF. Enfin, l'échelle a été divisée en 180 intervalles égaux.

Peut vous servir: Bethelgeuse

Convertir des degrés Fahrenheit en degrés Celsius

À partir de l'équation indiquée ci-dessus, il s'ensuit que:

T_ºF = (9/5) T_ºC + 32

De la même manière que nous pouvons le considérer comme ceci: l'échelle Celsius a 100 degrés, tandis que l'échelle Fahrenheit a 180 degrés. Ensuite, pour chaque augmentation ou diminution de 1 ºC, il y a une augmentation ou une diminution de 1.8 ºF = (9/5) ºF

Exemple

Grâce aux équations ci-dessus, trouvez une formule qui permet de passer les degrés Fahrenheit à l'échelle de Kelvin:

Sachant que: T_ºC = T_K - 273 et remplacement de l'équation déjà déduite, vous avez:

T_ºC = T_K - 273

Donc: T_ºF = (9/5) (t_K - 273) + 32 = (9/5) T_K - 459.4

Échelle de Kelvin

Comparaison des échelles Celsius et Kelvin dans un thermomètre éclairé. Source: Celsius_kelvin_estandar_1954.PNG: Homo LogosDerivative Work: Kismalac / CC By-SA (https: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 3.0)

William Thomson (1824-1907), Lord Kelvin, a proposé une échelle sans points de référence arbitraires. C'est l'échelle de température absolue qui porte son nom, proposé en 1892. Il n'a pas de valeurs de température négatives, car le 0 absolu est la température la plus basse possible.

À la température de 0 K, tout mouvement des molécules a complètement cessé. Il s'agit de l'échelle du système international (SI), bien que l'échelle Celsius soit également considérée comme une unité accessoire. Rappelons que l'échelle de Kelvin n'utilise pas de "degrés", donc toute température est exprimée comme la valeur numérique plus l'unité, appelée "Kelvin".

Jusqu'à présent, le zéro absolu n'a pas été atteint, mais les scientifiques ont suffisamment abordé.

En effet, dans les laboratoires spécialisés dans les basses températures, ils ont réussi à refroidir les échantillons de sodium à 700 nanokelvin ou 700 x 1010^-9 Kelvin. D'un autre côté, vers l'autre extrémité de l'échelle, il est connu qu'une explosion nucléaire peut générer des températures de 100 millions ou plus de Kelvin.

Chaque Kelvin correspond à 1/273.16 parties de la triple température de l'eau. À cette température, les trois phases d'eau sont en équilibre.

Échelle Kelvin et calsius et Fahrenheit

La relation entre les échelles de Kelvin et Celsius est -dedeandada 273.16 à 273-:

T_K = T_ºC + 273

De même, en remplaçant une relation entre les échelles de Kelvin et Fahrenheit est obtenue:

T_K = 5 (t_ºF + 459.4) / 9

Échelle de Rankine

L'échelle de Rankine a été proposée par William Rankine, un ingénieur né en Écosse (1820-1872). Pionnier de la révolution industrielle, a apporté de grandes contributions à la thermodynamique. En 1859, il a proposé une échelle de température absolue, fixant zéro à -459,67 ° F.

Sur cette échelle, la taille des degrés est la même que sur l'échelle Fahrenheit. L'échelle de Rankine est indiquée comme R et comme avec l'échelle de Kelvin, ses valeurs ne sont pas appelées diplômes, mais Rankine.

Peut vous servir: inductance mutuelle: formule / coefficient, applications, exercices

De cette façon:

0 k = 0 r = −459,67 ° F = - 273.15 ºC

En bref, voici les conversions nécessaires pour accéder à l'échelle de Rankine de l'une des déjà décrites:

Conversions d'échelle de température de Rankine. Source: F. Zapata.

Échelle de rémission

Une autre échelle de température précédemment utilisée est l'échelle du Réaumur, qui est désignée comme degrés ou ºr. Il est actuellement en désuétude, bien qu'il ait été beaucoup utilisé en Europe jusqu'à ce qu'il soit déplacé par l'échelle Celsius.

Il a été créé par René-Antoine Ferchault de Réaumur (1683-1757) vers 1731. Ses références sont: 0 ° R pour le point de congélation de l'eau et 80 ° R pour le point d'ébullition.

Comme on peut le voir, il coïncide avec l'échelle Celsius en zéro, mais bien sûr pas dans d'autres valeurs. Il est lié à l'échelle Celsius à travers:

T_ºr= (4/5) T_ºC

Il existe également d'autres équivalences:

T_ºr= (4/5) (T_K - 273) = (4/9)(T_ºF-32)= (4/5)(5.T_R/ 9 -273) = (4/9) t_R - 218.4

Exercices résolus

Exercice 1

Trouvez la valeur numérique dans laquelle l'échelle Celsius coïncide avec l'échelle Fahrenheit.

Solution

Comme nous l'avons vu dans les sections précédentes, ces échelles ne coïncident pas, car les points de référence sont différents; Cependant, il est possible de trouver une valeur X, tel qu'il représente la même température sur les deux échelles. Par conséquent, l'équation est prise:

T_ºC = (5/9). T_ºF - (160/9) = (5T_ºF -160) / 9

Et puisque les températures doivent coïncider, alors T_ºC  = T_ºF = x, Il s'ensuit:

x = (5x - 160) / 9

9x = 5x -160

4x = -160

x = - 40

Quand T_ºC  = -40 ºC, aussi T_ºF = -40 ºF

Exercice 2

La vapeur qui sort d'une chaudière est à une température de 610 ºr. Trouvez la température en degrés Fahrenheit et en degrés Celsius.

Solution

Les équivalences trouvées dans la section de l'échelle du Réaumur sont donc utilisées: T_ºC=(5/4) T_ºr = (5/4). 610 º C = 762.5 ºC.

Vous pouvez transformer cette valeur trouvée pour passer à des degrés Fahrenheit, ou utiliser une autre des conversions susmentionnées:

T_ºF = (9/5) T_ºC + 32 = (9/5) 762.5+ 32 ºC = 1404.5 ºF

Ou cet autre, qui donne le même résultat: T_ºr = (4/9)(T_ºF - 32)

Il s'éclaircit: T_ºF = (9/4) t_ºr + 32 = (9/4) 610 + 32 ºF = 1404.5 ºF.

Résumé des conversions

En résumé, le tableau suivant facilite les conversions pour toutes les échelles décrites:

Boîte de conversions pour échelles de température. Source: F. Zapata.

Les références

1. Échelles de température. Récupéré de: Thales.Cica.est.
2. Chevalier, r.  2017. Physique pour les scientifiques et l'ingénierie: une approche stratégique. Pearson.
3. Tillerie, B. 2012. Science physique. McGraw Hill.
4. Wikipédia. Grade Celsius. Récupéré de: est.Wikipédia.org
5. Wikipédia. Grade de Fahrenheit. Récupéré de: est.Wikipédia.org.
6. Wikipédia. Rangée. Récupéré de: est.Wikipédia.org.