Miten muuntaa Fahrenheit on Kelvin?

Lämpötila on muuttuja, joka puuttuu lähes kaikkiin luonnollisiin prosesseihin. Se on yksi mitatuimmista muuttujista tieteellisestä tutkimuksesta tekniikan ja avaruustieteen aloilla. Tämä aineen ominaisuus voidaan ilmaista eri yksiköissä, joihin kuuluvat Fahrenheit-asteikon ja Kelvin-asteikon yksiköt. Ensimmäinen on yleisimmin käytetty asteikko tekniikassa ja maissa, kuten Yhdysvalloissa ja Englannissa, joissa keisarillinen yksikköjärjestelmä on edelleen käytössä.

Toisaalta absoluuttinen lämpötila kelvineinä on olennainen monilla fysiikan ja kemian aloilla, erityisesti mitä tulee laskelmiin ideaalisilla kaasuilla ja termodynamiikassa. Tästä syystä Fahrenheitin (°F) muuntaminen kelvineiksi (K) on erittäin hyödyllinen taito, ja tämä artikkeli opettaa, kuinka se tehdään eri tavoilla.

Mutta ennen kuin opit muuttamaan nämä kaksi tärkeää lämpötilayksikköä, sinun on saatava käsitys siitä, mitä molemmat asteikot ovat.

Fahrenheit-asteikko

Fahrenheit-asteikko on suhteellinen lämpötila-asteikko. Tämä tarkoittaa, että kaikki tällä asteikolla ilmaistut lämpötilat osoittavat vain, onko lämpötila alhaisempi vai korkeampi kuin vertailulämpötila, mutta eivät varsinaisesti osoita tietyn pisteen lämpötilaa.

Kuten mikä tahansa suhteellinen lämpötila-asteikko, Fahrenheit-asteikko määritettiin käyttämällä kahta vertailupistettä: matalaa lämpötilaa, joka edustaisi asteikon ”nollaa”, ja toista lämpötilaa, joka määrittää kunkin asteen tai yksikön koon.

Mitä tulee asteikon nollaan, monet tutkijat näyttävät olevan samaa mieltä siitä, että Fahrenheit päätti asettaa asteikon nollaksi alimman lämpötilan, jonka se pystyi rekisteröimään, välttääkseen negatiivisten lämpötilojen olemassaolon. Tämä vastasi veden, jään ja ammoniumkloridin seosta. Tällä seoksella on se erikoisuus, että se saavuttaa melko vakaan ja melko alhaisen tasapainolämpötilan, minkä vuoksi Fahrenheit osoitti asteikollaan nollan tässä vaiheessa.

Seuraava viitepiste, joidenkin kirjoittajien mukaan, oli veden jäätymispiste, jolle hän määritti 32 °F:n lämpötilan jakaakseen asteikon välillä 0 ja 32 neljään 8 yksikön ryhmään, mikä on erittäin yleinen imperiaalisessa yksikköjärjestelmässä. Tätä asteikkoa käyttämällä veden normaali kiehumislämpötila on 212 °F.

Absoluuttinen lämpötila-asteikko ja Kelvin (K)

Toisin kuin Fahrenheit-asteikko, Kelvin-asteikko on absoluuttinen lämpötila-asteikko , joka ei riipu mistään vertailupisteestä. Nolla Kelvin-asteikolla osoittaa itse asiassa lämpöenergian puuttumisen kehossa. Sen loi William Thompson (tunnetaan myös nimellä Lord Kelvin, tästä nimi) vuonna 1848, joka määritti kullekin asteikonsa yksikölle saman koon kuin Celsius-asteikon asteen. Tämä tekee kelvinistä Celsius-asteiksi muuntamisesta paljon helpompaa, mutta tekee Fahrenheitin muuntamisesta kelviniksi hieman helpompaa.

On huomattava, että Kelvin-asteikon lämpötilayksikköä kutsutaan Kelviniksi ja sen symboli on K ; Sitä ei kutsuta Kelvin-asteeksi eikä sen symbolia °K. Tämä johtuu juuri siitä, että se on absoluuttinen eikä suhteellinen asteikko. Esimerkiksi 273 K luetaan kaksisataa seitsemänkymmentäkolme Kelviniä eikä kahtasataa seitsemänkymmentäkolme ”astetta” Kelviniä.

Kaava Fahrenheit-asteiden muuntamiseksi Kelvineiksi

Muunnos Fahrenheitista Kelvineihin tehdään yleensä epäsuorasti, ensin muunnettu Celsius-asteiksi ja sitten Kelviniksi. Tässä esittelemme kuitenkin nopeamman ja suoremman tavan, jonka avulla voit ohittaa yhden vaiheen.

Käyttämällä yllä esitettyjä vertailulämpötiloja ja tietäen, että veden jäätymispiste on 273,15 K (vastaa 32 °F:a) ja että kiehumispiste on 373,15 K (vastaa 212 °F:a), voidaan päätellä, että jokainen Kelvin-yksikkö on 1,8 tai 9/5 Fahrenheit-astetta. Nämä havainnot on tiivistetty seuraavaan kaavaan Fahrenheitin muuntamiseksi Kelvineiksi:

Tämä kaava on hyvin yksinkertainen, mutta sitä voidaan yksinkertaistaa entisestään jakamalla 9 5:llä, jotta nimittäjään saadaan desimaaliluku. Siinä tapauksessa yhtälö pysyy:

Molemmissa kaavoissa °F edustaa lämpötilaa Fahrenheitinä (se jonka haluamme muuntaa) ja K edustaa lämpötilaa Kelvin-asteikolla (se, jonka haluamme määrittää).

Joten °F:n muuntaminen K:ksi on yksinkertainen kaksivaiheinen prosessi:

Vaihe 1: Lisää lämpötila Fahrenheitinä arvolla 459,67

Vaihe 2: Summan tulos jaetaan luvulla 1,8

Fahrenheit-Kelvin-muunnosesimerkkejä

Esimerkki 1:

Haluat muuttaa keskimääräisen kehon lämpötilan, joka on 98,6 °F, kelvineiksi.

Vaihe 1: Korvaa 98.6, jossa °F näkyy kaavassa.

Vaihe 2: Summa tehdään osoittajaan, sitten tulos jaetaan 1,8:lla ja lopuksi asetetaan yksikkö (K).

Lopuksi 98,6 °F vastaa 310,15 K.

Esimerkki 2:

Oletetaan nyt, että haluamme muuntaa 0 Fahrenheitin K:ksi. Kuten aiemmin, aloitamme liittämällä tämän lämpötilan kaavaan:

Ja nämä kaksi toimenpidettä suoritetaan:

Lopuksi 0 °F on 255,37 K.

Käänteinen muunnos Kelvinistä Fahrenheitiksi

Käänteinen prosessi on yhtä yksinkertainen. Saadaksesi kaavan muuntaa Fahrenheit-asteet Kelvineiksi, sinun tarvitsee vain tyhjentää tai ratkaista °F yhtälö. Tulos on:

Voit myös välttää murto-osan käyttämisen samalla tavalla kuin ennen. Tulos on:

asiantuntijan vinkki

Näitä kaavoja käytettäessä ei ole suositeltavaa sisällyttää yksiköitä arvoja korvattaessa, koska se voi aiheuttaa sekaannusta näiden kahden lämpötilan kanssa. Ne tulisi sijoittaa vasta, kun muunnos on valmis.

Viitteet

Brown, T. (2021). Chemistry: The Central Science (11. painos). Lontoo, Englanti: Pearson Education.

Mittaustulosten matemaattinen käsittely. (n.d.). Haettu osoitteesta https://espanol.libretexts.org/@go/page/1798

Toimenpiteet. (2020, 30. lokakuuta). Haettu osoitteesta https://espanol.libretexts.org/@go/page/1796

Encyclopaedia Britannican toimittajat. (2018, 25. lokakuuta). Fahrenheitin lämpötila-asteikko | Määritelmä, kaava ja tosiasiat. Haettu osoitteesta https://www.britannica.com/science/Fahrenheit-temperature-scale