Ինչ է այս էջը և ինչով է այն տարբերվում
Այս էջը թույլ է տալիս ջերմաստիճանը `C (°C) աստիճան Ցելսիուսից փոխարկել Կելվինի (K): Դուք մուտքագրում եք թվային արժեք՝ դրական, բացասական կամ զրո, և ստանում եք համարժեք բացարձակ ջերմաստիճանը Կելվինի սանդղակով, որը ջերմադինամիկ ջերմաստիճանի SI հիմնական միավորն է:
Ի տարբերություն Ցելսիուս-Ֆարենհայտ կամ Ֆարենհայտ-Ռանկին փոխակերպումների (որոնք օգտագործում են և՛ սանդղակում, և՛ տեղաշարժ), այս փոխակերպումը պարզ գումարում է՝ հաստատուն 273,15 թվի ավելացում: Այն փոխում է զրոյական կետը ջրի սառեցման կետից (0 °C) դեպի բացարձակ զրո (0 K), բայց մեկ աստիճանի չափը մնում է նույնը: Այսինքն՝ Ցելսիուսից Կելվին անցնելիս կորչում է ջրի փուլային անցումների հղումը և փոխարինվում բացարձակ, ջերմադինամիկ զրոյի հիման վրա: Քանի որ բանաձևը աֆին է (ոչ զուտ բազմապատկական), սանդղակման գործակից չի օգտագործվում, միայն տեղաշարժ: Սա նաև նշանակում է, որ −273,15 °C-ից ցածր ցանկացած բացասական արժեք ֆիզիկապես անհնար է (համապատասխանում է բացարձակ զրոյից ցածր ջերմաստիճանի), ինչը եզակի սահման է միայն այս երկու սանդղակների համար:
Փոխակերպման բանաձևը և դրա հիմքը
Փոխակերպման բանաձևը շատ պարզ է՝ K = °C + 273,15:
Այստեղ 273,15 թիվը պատահական չէ: Այն բխում է ջրի եռակի կետի սահմանումից: 1954 թվականի Կշիռների և չափումների գլխավոր կոնֆերանսը (CGPM) Կելվինի սանդղակը սահմանեց այնպես, որ ջրի եռակի կետի ջերմաստիճանը լինի ճիշտ 273,16 K: Միևնույն ժամանակ, Ցելսիուսի սանդղակում ջրի եռակի կետը 0,01 °C է: Այս երկուսի տարբերությունը (273,16 – 0,01) տալիս է 273,15: Այսպիսով, 0 °C-ը (ջրի սառեցման կետը մոտավորապես) համապատասխանում է 273,15 K:
Քանի որ մեկ աստիճան Ցելսիուսի և մեկ Կելվինի չափերը նույնն են, բանաձևը զուտ գումարում է, առանց բազմապատկման: Սա աֆին փոխակերպում է՝ y = x + c, որտեղ c = 273,15: Ի հակադրություն, Ցելսիուս-Ֆարենհայտ փոխակերպումը պահանջում է և՛ բազմապատկում 9/5-ով, և՛ 32-ի գումարում, քանի որ երկու սանդղակներն էլ ունեն տարբեր զրոյական կետեր և տարբեր աստիճանի չափեր:
Պետք է հիշել, որ 273,15-ը ճշգրիտ թիվ է, ոչ թե մոտարկում: Այն սահմանված է միջազգային համաձայնությամբ: Հաճախ ուսանողները սխալմամբ օգտագործում են 273-ը (առանց տասնորդականի), բայց դա կհանգեցնի 0,15 K սխալի, որը կարևոր է գիտական հաշվարկներում:
Մուտքային և ելքային տվյալներ, սահմանային դեպքեր
Մուտք. Թվային արժեք Ցելսիուսի աստիճաններով (օրինակ՝ 25, −10, 0): Արժեքը կարող է լինել ամբողջ թիվ կամ տասնորդական:
Ելք. Համարժեք ջերմաստիճանը Կելվինով (K), հաշվարկված K = °C + 273,15 բանաձևով: Ելքը դրական թիվ է (կամ ճիշտ 0, երբ մուտքը −273,15 է) և նշվում է K միավորով:
Կանոններ և սահմանային դեպքեր.
- Փոխակերպումը ճշգրիտ է. ցանկացած C Ցելսիուսի համար Կելվինի արժեքը C + 273,15 է: Բանաձևն ինքնին կլորացում չի պարունակում, թեև գործիքը կարող է կիրառել ցուցադրման կլորացում:
- −273,15 °C մուտքագրելիս ստացվում է 0 K (բացարձակ զրո): Սա միակ մուտքն է, որ տալիս է զրո Կելվին:
- −273,15 °C-ից ցածր ցանկացած մուտք համապատասխանում է բացարձակ զրոյից ցածր ջերմաստիճանի, ինչը ֆիզիկապես անհնար է դասական ջերմադինամիկայում: Նման մուտքերը պետք է նշվեն որպես անվավեր կամ անհնար:
- Փոխակերպումը գծային և հավելումային է. 1 °C փոփոխությունը համապատասխանում է ճիշտ 1 K փոփոխության:
- Բանաձևը աշխատում է բոլոր ֆիզիկապես վավեր Ցելսիուսի արժեքների համար (≥ −273,15): Այլ հատուկ սահմանային դեպքեր գոյություն չունեն. հարաբերությունը շատ պարզ է:
Ովքե՞ր են օգտվում այս փոխակերպումից
Այս փոխակերպումը կարևոր է մի շարք մասնագիտությունների և ոլորտների համար.
- Գիտնականներ և ինժեներներ, ովքեր պահանջում են բացարձակ ջերմաստիճաններ ջերմադինամիկայի, ջերմափոխանակության կամ գազային օրենքների հաշվարկներում (օրինակ՝ իդեալական գազի օրենք՝ PV = nRT):
- Ուսանողներ ֆիզիկայում, քիմիայում կամ օդերևութաբանությունում, ովքեր կատարում են տնային առաջադրանքներ կամ լաբորատոր հաշվետվություններ, որոնք ներառում են Ցելսիուսի տվյալների փոխարկումը Կելվինի:
- Լաբորատոր տեխնիկներ, ովքեր չափաբերում են սարքավորումներ, որոնք ցուցադրում են Կելվին, բայց տրամադրված են Ցելսիուսի հղման ստանդարտներով:
- Աստղագետներ և կրիոգենիկայի հետազոտողներ, ովքեր աշխատում են ծայրահեղ ցածր ջերմաստիճանների հետ և պետք է համեմատեն չափումները բացարձակ սանդղակի վրա:
- Կլիմայի մոդելավորողներ, ովքեր փոխարկում են պատմական օդերևութաբանական գրառումները (հաճախ Ցելսիուսով) Կելվինի՝ էներգիայի հաշվեկշռի հավասարումներում օգտագործելու համար:
- Ցանկացած ոք, ով օգտագործում է SI միավորներ և պետք է հաղորդի կամ հաշվարկի ջերմաստիճանը Կելվինով, որը SI հիմնական միավորն է:
Սխալներ, որոնք հաճախ թույլ են տրվում
Թեև փոխակերպումը պարզ է, այնուամենայնիվ հանդիպում են որոշ ընդհանուր սխալներ.
- 273-ի օգտագործումը 273,15-ի փոխարեն: Սա ամենատարածված սխալն է: 273-ը միայն մոտարկում է, և այն օգտագործելը կհանգեցնի 0,15 K սխալի, որը կարող է նշանակալի լինել ճշգրիտ հաշվարկներում:
- Բացասական Կելվինի ենթադրություն: Որոշ մարդիկ կարծում են, որ −10 °C = −10 + 273,15 = 263,15 K-ը բացասական թիվ է, բայց իրականում այն դրական է: Ցանկացած մուտք −273,15 °C-ից բարձր կտա դրական K: Բացասական K գոյություն չունի:
- Մոռանալ 273,15-ը գումարելը: Շատ սկսնակներ պարզապես վերցնում են Ցելսիուսի թիվը և անվանում այն Կելվին, ինչը սխալ է:
- Սանդղակի չափի սխալ ըմբռնում: Քանի որ 1 °C = 1 K, ոմանք սխալմամբ կարծում են, որ անհրաժեշտ է բազմապատկել որևէ գործակցով: Սա ճիշտ չէ. միայն գումարում է պահանջվում:
- Չափազանց կլորացում միջանկյալ հաշվարկներում: Եթե դուք կլորացնեք 273,15-ը մինչև 273,2 կամ 273, ապա հետագա հաշվարկներում սխալը կմեծանա:
Գործնական օրինակներ
Ահա մի քանի սովորական ջերմաստիճանների փոխարկումներ.
| Ցելսիուս (°C) | Կելվին (K) | Մեկնաբանություն |
|---|---|---|
| −273,15 | 0 | Բացարձակ զրո |
| −40 | 233,15 | Նույնը Ֆարենհայտում (−40 °F) |
| 0 | 273,15 | Ջրի սառեցման կետ |
| 20 | 293,15 | Սենյակային ջերմաստիճան |
| 37 | 310,15 | Մարդու մարմնի ջերմաստիճան |
| 100 | 373,15 | Ջրի եռման կետ (1 atm) |
| 1000 | 1273,15 | Բարձր ջերմաստիճանային պրոցեսներ |
Աշխատած օրինակ. Ենթադրենք, դուք ունեք 25 °C և ցանկանում եք իմանալ Կելվինը: Պարզապես գումարեք 273,15: 25 + 273,15 = 298,15 K: Սա ստանդարտ սենյակային ջերմաստիճան է գիտական հաշվարկներում:
Բացարձակ զրոյի օրինակ. Եթե լաբորատորիայում հասնեք −273,15 °C, ապա Կելվինի արժեքը կլինի 0 K: Սա տեսականորեն ամենացածր հնարավոր ջերմաստիճանն է, որտեղ մոլեկուլային շարժումը դադարում է:
Բացասական Ցելսիուսի օրինակ. −10 °C-ը փոխարկվում է 263,15 K: Ուշադրություն դարձրեք, որ արդյունքը դեռ դրական է:
Հաճախ տրվող հարցեր
1. Ինչու է 273,15 թիվը, այլ ոչ թե 273? 273,15-ը ճշգրիտ արժեքն է, որը սահմանված է ջրի եռակի կետի (273,16 K) և Ցելսիուսի 0,01 °C-ի տարբերությունից: 273-ը մոտարկում է, որը կարող է օգտագործվել արագ հաշվարկներում, բայց գիտական ճշգրտության համար անհրաժեշտ է 273,15:
2. Կարո՞ղ է Կելվինի արժեքը բացասական լինել: Ոչ: Բացարձակ զրոն (0 K) ամենացածր հնարավոր ջերմաստիճանն է: Ցանկացած ֆիզիկապես իրական ջերմաստիճան գտնվում է 0 K-ից բարձր: Բացասական Կելվինի արժեքները հնարավոր չեն դասական ջերմադինամիկայում:
3. Ո՞րն է տարբերությունը Ցելսիուս-Կելվին և Ցելսիուս-Ֆարենհայտ փոխակերպումների միջև: Ցելսիուս-Կելվինը պարզ գումարում է (273,15), քանի որ երկու սանդղակներն էլ ունեն նույն աստիճանի չափը: Ցելսիուս-Ֆարենհայտը պահանջում է և՛ բազմապատկում 9/5-ով, և՛ 32-ի գումարում, քանի որ սանդղակները տարբեր են:
4. Ե՞րբ պետք է օգտագործեմ Կելվինը Ցելսիուսի փոխարեն: Կելվինը պարտադիր է ջերմադինամիկայի հավասարումներում, ինչպիսիք են իդեալական գազի օրենքը, Ստեֆան-Բոլցմանի օրենքը և ցանկացած հաշվարկ, որտեղ ջերմաստիճանը հայտնվում է բազմապատկման կամ բաժանման մեջ: Ցելսիուսը ավելի հարմար է առօրյա կյանքում:
5. Կարո՞ղ եմ արդյոք օգտագործել այս բանաձևը ջերմաստիճանի տարբերությունների համար: Այո, քանի որ 1 °C = 1 K, ջերմաստիճանի տարբերությունը երկու սանդղակներում նույնն է: Օրինակ, 10 °C-ից 20 °C տաքացումը կազմում է 10 K տարբերություն:
6. Ինչու է −273,15 °C-ն ընտրվել որպես բացարձակ զրո: Բացարձակ զրոն տեսականորեն այն կետն է, որտեղ մոլեկուլների ջերմային շարժումը դադարում է: 273,15 °C-ը ստացվել է ջրի եռակի կետի և իդեալական գազի էքստրապոլյացիայի միջոցով: Դա Ցելսիուսի սանդղակի ամենացածր հնարավոր արժեքն է: