מה סולם הדרגה? (עם דוגמאות להמרות) - כִּימִיָה - 2025

מעלות רנקין היא בקנה מידה מוחלטת של טמפרטורה התרמודינמית שבה כל הערכים שלה הם חיוביים, שכן הם מכונים אפס מוחלט; הטמפרטורה התיאורטית הנמוכה ביותר שגוף יכול להגיע אליה, אך אי אפשר להשיג באופן ניסיוני ותרמודינמי.

זה הוצע בשנת 1859 על ידי המהנדס הסקוטי וויליאם ג'ון מקקורן רנקין (תמונה נמוכה), אחת עשרה שנים לאחר שוויליאם תומסון (לורד קלווין, 1848) פרסם את סולם הטמפרטורות המוחלט שלו כפונקציה של מעלות צלזיוס, מעלות צלזיוס.

ויליאם ג'ון מקקורן רנקין. מקור: וויליאם רנקין

אפס מוחלט בסולם קלווין יש ערך של -273.15 מעלות צלזיוס. שאר הטמפרטורות בסולם זה מתקבלות על ידי הוספת 273.15 לערך הטמפרטורות במעלות צלזיוס (או הידוע יותר כצלזיוס).

סולם Rankine קשור לתארים פרנהייט. לפיכך, הערך האפס המוחלט לסולם זה בא לידי ביטוי בתארים פרנהייט; זה -459.67ºF. לפיכך, כדי להשיג את הטמפרטורות האחרות, די להוסיף 459.67 לערך הטמפרטורות (° R = ° F + 459.67).

השתמשו בתארים של Rankine בפעילות הנדסית בארצות הברית ובאנגליה. עם זאת, כיום השימוש בו נכחד למעשה.

סוללות דרגה ורקמות אחרות

צֶלסִיוּס

אנדרס צלזיוס פרסם את קנה המידה שלו בשנת 1742, והצביע על טמפרטורת הרתיחה של המים כ- 0 ºC וטמפרטורת הקפאה שלהם כ- 100 ºC. אך ז'אן-פייר כריסטין (1743) וקרלוס לינאו (1745), הציבו את סולם הטמפרטורות בצורה הפוכה, כידוע.

פרנהייט

סולם פרנהייט הוצע על ידי דניאל גבריאל פרנהייט בשנת 1724. הסולם קובע טמפרטורה של 32 מעלות צלזיוס כנקודת הקפאה של מים, ונקודת הרתיחה של מים 212ºF.

פרנהייט ציין כי תערובת של מים, קרח ומלח אמוניום הייתה בטמפרטורה של 0 מעלות צלזיוס; בעוד שתערובת של מים וקרח הייתה בטמפרטורה של 32 מעלות צלזיוס.

רנקין

דרגות דרגה מתבטאות לרוב גם כ- R או פשוט R יחידות. עם זאת, לגבי תארים של קלווין, הם מכונים לעתים קרובות רק Kelvin, וכתובים K ולא ° K.

אפילו המכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה ממליץ לא להשתמש בסמל התואר בעת השימוש בסולם הטמפרטורה Rankine בפרסומי NIST.

העברת חום קרינה, שינוי אנטרופיה, יעילות תרמית של מנוע החום של קרנו, ומקדם ביצועים של משאבת חום דורשים שימוש בטמפרטורה מוחלטת בתארים Rankine בעבודה על מערכת ההנדסה האמריקאית. .

בכמה תחומי הנדסה בארצות הברית הם מודדים טמפרטורה תרמודינמית בעזרת סולם הטמפרטורות Rankine; עם זאת, ברחבי העולם המדעי, הטמפרטורה התרמודינמית נמדדת באמצעות סולם קלווין.

אפילו צוין כי סולם הטמפרטורות של רנקין משמש בעיקר בגלל יחסיו עם סולם הטמפרטורה של פרנהייט.

אפס מוחלט

מאזני הטמפרטורה של קלווין ורנקין מתחילים באפס מוחלט. אבל מה זה אפס ערמומי?

אפס מוחלט הוא הטמפרטורה הנמוכה ביותר שאפשר להגיע אליה. נאמר שהאנרגיה הפנימית של המערכת מגיעה לרמה הנמוכה ביותר, חסרת חלקיקי התנועה; כל הרטט ותנועותיו היו קפואים.

על פי החוק השלישי של התרמודינמיקה, אפס מוחלט הוא גבול בלתי ניתן להשגה.

הטמפרטורה הקרובה ביותר לאפס מוחלט היא 5 ∙ 10 ^-10 K מעל אפס מוחלט, שהושג במעבדת MIT בשנת 2003, על ידי קירור גז בשדה מגנטי.

ויליאם ג'ון מקקורן רנקין

מי היה ויליאם ג'ון מקקורן ראנקין (1820-1872)? הוא היה מהחלוצים בחקר התרמודינמיקה. הוא פיתח תיאוריה שלמה על מנוע הקיטור ומנועי החום, כמו גם על אנרגיה תרמית.

יליד אדינבורו, רנקין התחנך באוניברסיטת אותה עיר. הוא עבד כמהנדס אזרחי ופרסם מאמרים בנושאים הנדסיים מעשיים, ובהמשך בפיזיקה מולקולרית, כמו גם בנושא תרמודינמיקה.

בשנת 1855 התמנה לנשיא יו"ר יו"ר ההנדסה האזרחית והמכנית באוניברסיטת גלזגו.

הוא כתב יותר מ -150 מאמרים מדריכים מדריכים, כמו גם ספרים לשימוש התלמידים שלו. הוא נבחר לחברה המלכותית בשנת 1853 והיה הנשיא הראשון של מכון המהנדסים הסקוטי.

בנוסף לפעילותו המדעית והאקדמית העצומה, רנקין אהב מאוד מוזיקה, גם כפרפורמר וגם כמלחין. לפיכך, הלחין שיר בשם "שלושת הרגליים", שם הוא מגן על המסורת הבריטית על צעדיו המאוימים על ידי פלישת המערכת הצנטית.

המרת טמפרטורות בקנה מידה Rankine

מרנקין לצלסיוס, פרנהייט וקלווין

לצלזיוס

= (- 491.67) ∙ 5/9

הערך 491.67 שווה ל 459.67 (Rankine אפס מוחלט) בתוספת 32ºF (טמפרטורת הקפאה של מים). ו- 5/9 הוא גורם המרה מדרגות צלזיוס לתארים רנקין או פרנהייט; מכיוון שבסולם הטמפרטורות הללו 100 ° C שווה ל- 180 ° R או ºF.

לפרנהייט

= - 459.67

לקלווין

= ∙ 5/9

מסלסיוס, פרנהייט וקלווין לרנקין.

- = (+273.15) ∙ 9/5

הערך 273.15 הוא אפס מוחלט בסולם הטמפרטורות של קלווין. ו- 9/5 הוא גורם המרה, מכיוון ש- 180 ° F או ºR שווים ל- 100 מעלות צלזיוס.

- = +459.67

- = ∙ 9/5

דוגמאות להשוואה בין טמפרטורות שונות לסולמות שונים

אפס מוחלט

-קלווין 0 (בהגדרה).

-צלזיוס -273.15 מעלות צלזיוס.

-פרנהייט -459.67ºF.

-גינה 0 ºR (בהגדרה).

נקודת הקפאת מלח

(נקודת אפס בסולם פרנהייט)

קלווין: 255.37 ק.

-צלזיוס: -17.78 מעלות צלזיוס.

פרנהייט: 0 מעלות צלזיוס

-מגע: 459.67 ºR.

נקודת הקפאה של מים

-קלווין: 273.15 ק.

-צלזיוס: 0 ºC.

פרנהייט: 32 מעלות צלזיוס.

-מגע: 459.67 ºR.

נקודה משולשת של מים

-קלווין: 273.16 ק.

-צלזיוס: 0.01 מעלות צלזיוס.

פרנהייט: 32.018ºF.

-ריינקין: 491.688 ºR.

נקודת רתיחה של מים

-קלווין: 373.1339 ק.

-צלזיוס: 99.9839 מעלות צלזיוס.

פרנהייט: 211.97102 מעלות צלזיוס.

-ריינקין: 671.64102 מעלות צלזיוס.

טמפרטורת גוף האדם

-קלווין: 310 ק.

-צלזיוס: 37 מעלות צלזיוס.

פרנהייט: 98 מעלות צלזיוס

-מגע: 558 ºR.

הפניות

1. ויקיפדיה. (2019). רנקין טיפס. התאושש מ: en.wikipedia.org
2. מריה דל רוסאריו. (13 באוקטובר, 2010). רנקין. התאושש מ: quimistorias.blogspot.com
3. אוניברסיטת גלזגו. (sf). מקקורן רנקין. התאושש מ: universitystory.gla.ac.uk
4. זמבוני, ג'ון. (26 באפריל 2018). ארבעת סוגי סולמות הטמפרטורה. מדע. התאושש מ: sciencing.com
5. Wight Hat Ltd. (2018). פרנהייט לרנקין. המרות מטריות. התאושש מ: metric-conversions.org
6. Hillger D., Toth G. (2016). סולמות טמפרטורה וממציאים אותם. Philatelia Chimica et physica, כרך 37, מס '2. אביב.