تبدیل یکاهای دما

دما یک کمیت فیزیکی است که میزان گرمی یا سردی اجسام را نشان می‌دهد. دما را مربوط به حرکت کاتوره ای اتم ها و مولکول های ماده بوده و با میانگین انرژی جنبشی ذرات متناسب است. این کمیت به وسیله دماسنج ها اندازه گیری می‌شود، اولین وسیله اندازه گیری دما را گالیله در سال 1602 اختراع کرد و هفتاد سال بعد دماسنج های شیشه ای با مخزن جیوه ای متداول گردیدند. اساس کار دماسنج های الکلی و جیوه ای انبساط مایع درون آن است. درجه بندی دماسنج ها بر اساس انتخاب دمای دو نقطه ثابت پایینی و بالایی انجام می‌گیرد و بر اساس نوع انتخاب و تقسیم بندی بین دو نقطه ثابت بالایی و پایینی دقت اندازه گیری یکای مورد نظر تعیین می گردد. متداول ترین روش برای درجه بندی دماسنج ها انتخاب هایی است که سلسیوس برای درجه بندی دماسنج انجام داد.

آندرس سلسیوس منجم سوئدی نقطه ثابت پایینی دماسنج را دما یخ در حال ذوب انتخاب كرد و عدد صفر را به آن نسبت داد. به همین نحو نقطه ثابت بالایی را دمای آب در حال جوش درنظر گرفت و عدد ١٠٠ را به آن نسبت داد. سپس بین این دو دما را به ١٠٠ قسمت مساوی تقسیم كرد و هر قسمت را یک درجه سلسیوس نامید.

یکای دیگری که برای دما در ایالات متحده آمریکا متداول است فارنهایت نام دارد. این یکا توسط گابریل دانیل فارنهایت دانشمند آلمانی طراحی شده او برای دمای نقطه ثابت پایینی کمترین دمایی را که می توانست به آن دست یابد؛ یعنی دمای مخلوط NH₄Cl و آب و یخ را انتخاب کرد و آن را صفر فارنهایت نامید و دمای خون یک فرد سالم را به عنوان نقطه ثابت بالایی در نظر گرفت و 100 فارنهایت را به آن نسبت داد. و بین آنها را به 100 قسمت مساوی تقسیم کرد و هر یک را 1 درجه فارنهایت نامید.

یکای دما در سیستم بین المللی کلوین نام دارد، این یکا به افتخار ویلیام تامسون بارون کلوین فیزیکدان اسکاتلندی نام گذاری شده؛ این یکا بر حسب انرژی درونی مدرج شده است و عدد صفر مربوط به پایین ترین دمای ممکن –صفر مطلق– است که در آن ماده هیچ انرژی جنبشی ندارد تا از دست بدهد. صفر مطلق نظیر 273/15- در درجه بندی سلسیوس است. در مقیاس کلوین هیچ عدد منفی وجود ندارد.

تغییرات دما در مقیاس های کلوین و سلسیوس یکسان است. $\Delta T=\Delta\theta$

برای تبدیل یکاها به یکدیگر از رابطه های تبدیل دما استفاده میشود که عبارتند از:

$F=\frac{9}{5}\theta + 32$

$T=\theta + 273$

نحوه کار با شبیه ساز

در این شبیه ساز نحوه تبدیل یکاهای سلسیوس، فارنهایت و کلوین به یکدیگر را مشاهده می کنید. نوار لغزنده افقی تعیین کننده گستره دماسنجی و نوار لغزنده عمودی تعیین کننده دمایی است که می خواهید آن را بر اساس یکاهای مختلف تعیین کنید.

پس از کار با این شبیه ساز انتظار می رود با یکاهای متداول برای اندازه گیری دما آشنا شده و نحوه درجه بندی آنها را بیاموزید و در مورد رابطه های تبدل و درستی آنها تحقیق کنید.

سوال:

1- دمای منفی 40 درجه سلسیوس چند درجه فارنهایت است؟

2- اگر تغییرات دمای جسمی 50 درجه کلوین باشد، تغییرات دمای آن را برحسب کلوین و فارنهایت بنویسید.