Կելվին-ից Ցելսիուս

Ի՞նչ է այս էջը և ինչո՞վ է այն տարբերվում

Այս էջը թույլ է տալիս Կելվինի սանդղակով (K) տրված ջերմաստիճանը փոխարկել Ցելսիուսի սանդղակի համարժեք արժեքին (°C): Օգտագործողը մուտքագրում է թվային արժեք Կելվիններով և ակնթարթորեն ստանում է արդյունքը Ցելսիուսի աստիճաններով: Գործողությունը պարզ է և հիմնված է մեկ հաստատուն հանման վրա:

Էջի առանձնահատկությունն այն է, որ փոխարկումը ոչ թե բազմապատկման գործակցով է, այլ **աֆինային** (affine) բանաձևով: Կելվինը և Ցելսիուսը ունեն նույն աստիճանային քայլը. 1 K-ի փոփոխությունը հավասար է 1 °C-ի փոփոխությանը: Սակայն դրանց զրոյական կետերը տարբերվում են ուղիղ 273.15-ով: Այսպիսով, փոխարկումը կատարվում է պարզ հանումով °C = K - 273.15: Սա զգալիորեն ավելի պարզ է, քան, ասենք, Ֆարենհայթի և Ցելսիուսի միջև փոխարկումը, որը պահանջում է և՛ բազմապատկիչ, և՛ հաստատունի գումարում:

Ուշադրություն դարձրեք ուղղությանը. Կելվինից Ցելսիուս անցնելիս թիվը միշտ փոքրանում է (K > °C), իսկ արդյունքը կարող է բացասական լինել 0 °C-ից ցածր ջերմաստիճանների դեպքում (օրինակ, 263.15 K = -10 °C):

Փոխարկման բանաձևը և դրա ծագումը

Կելվինի սանդղակը բացարձակ ջերմաստիճանային սանդղակ է: Դրա զրոն (0 K) համապատասխանում է բացարձակ զրոյին այն տեսական նվազագույն ջերմաստիճանին, երբ մասնիկների ջերմային շարժումը դադարում է: Ցելսիուսի սանդղակը, մյուս կողմից, պատմականորեն սահմանվել է ջրի սառեցման կետի (0 °C) և եռման կետի (100 °C) վրա մթնոլորտային ճնշման 1 մթնոլորտի պայմաններում:

Հետագայում գիտնականները հայտնաբերեցին, որ բացարձակ զրոն գտնվում է Ցելսիուսի -273.15 °C-ին: Այս հայտնագործությունը հանգեցրեց Կելվինի սանդղակի սահմանմանը K = °C + 273.15: Այստեղից ուղղակիորեն բխում է հակադարձ փոխարկման բանաձևը °C = K - 273.15:

273.15 թիվը ճշգրիտ է և սահմանված է միջազգային համաձայնագրով: Այն հաստատուն է և կախված չէ չափման պայմաններից: Յուրաքանչյուր անգամ, երբ մուտքագրվում է ցանկացած արժեք Կելվինով, հաշվարկը կատարվում է հենց այս թվի օգտագործմամբ` անկախ մուտքի մեծությունից:

Մուտքային և ելքային արժեքներ

Էջի մուտքը թվային արժեք է Կելվինի միավորով (K): Օրինակ` 300: Ելքում ցուցադրվում է համապատասխան ջերմաստիճանը Ցելսիուսի աստիճաններով (°C): Արդյունքի ձևաչափը ներառում է Ցելսիուսի աստիճանի խորհրդանիշը (°C), որպեսզի միանշանակ լինի:

Ֆիզիկապես իմաստալից մուտքերը միայն ոչ բացասական թվերն են, քանի որ Կելվինի սանդղակը սկսվում է բացարձակ զրոյից: Սակայն էջը մշակում է նաև բացասական մուտքեր. եթե մուտքագրեք, ասենք, -100 K, ապա հաշվարկը կկատարվի նույն բանաձևով` °C = -100 - 273.15 = -373.15 °C: Սակայն այս արդյունքը ֆիզիկական իմաստ չունի, քանի որ բացարձակ զրոյից ցածր ջերմաստիճան գոյություն չունի:

Վերին սահման չկա: Շատ մեծ արժեքների համար, ինչպիսիք են աստղագիտական ջերմաստիճանները, էջը տալիս է համապատասխան մեծ Ցելսիուսի արժեքներ: Օրինակ, 10,000 K-ը կվերածվի 9,726.85 °C-ի:

Կանոններ և եզրային դեպքեր

Կանոնը մեկն է. °C = K - 273.15: Կիրառվում է ճշգրտորեն բոլոր դեպքերում: Ոչ մի պայման, բացառություն կամ կլորացում չի արվում:

Եզրային դեպքերից ամենակարևորը բացասական Կելվինի մուտքն է: Թեև հաշվարկը տեղի է ունենում, արդյունքը չունի ֆիզիկական իմաստ: Սա կարևոր է հատկապես ուսանողների համար, ովքեր կարող են մոռանալ, որ Կելվինը բացարձակ սանդղակ է:

Տարածված սխալներից մեկը 273.15-ի փոխարեն 273-ի օգտագործումն է: Տարբերությունը 0.15 աստիճան է, որը շատ դեպքերում աննշան է, սակայն գիտական ճշգրիտ հաշվարկներում կարող է կարևոր լինել: Օրինակ, 0 K-ն ճիշտ է համապատասխանում -273.15 °C-ին, ոչ թե -273 °C-ին:

Մեկ այլ սխալ է «Կելվինի աստիճան» արտահայտության գործածությունը: Պաշտոնապես միավորը պարզապես «Կելվին» է (K), առանց «աստիճան» բառի, ի տարբերություն Ցելսիուսի: Այս էջում միավորը ճիշտ է ցուցադրվում:

Ում համար է օգտակար այս էջը

Գիտնականներն ու ինժեներները, ովքեր աշխատում են թերմոդինամիկական հավասարումներով, հաճախ պահանջում են ջերմաստիճաններ Ցելսիուսով: Շատ ֆիզիկական և քիմիական տվյալներ, ինչպիսիք են իդեալական գազի օրենքի մեջ, սկզբնապես գրանցվում են Կելվինով, սակայն գործնական արդյունքների համար անհրաժեշտ է Ցելսիուս:

Ուսանողները ֆիզիկայի և քիմիայի դասընթացներում հաճախ լաբորատոր չափումներ են կատարում Կելվինով (օրինակ ճնշման և ծավալի կախվածության փորձերում) և պետք է դրանք վերածեն Ցելսիուսի հաշվետվությունների համար:

Օդերևութաբանները, ովքեր մշակում են արբանյակային տվյալներ, ստանում են ջերմաստիճանային արժեքներ սովորաբար Կելվինով: Մակերևութային ջերմաստիճանը համեմատելու համար անհրաժեշտ է վերածել Ցելսիուսի:

Հոբբիստներն ու տեխնիկական մասնագետները, ովքեր տրամաչափում են ջերմաստիճանային սենսորներ կամ կարդում են տեխնիկական տվյալների թերթեր, հաճախ հանդիպում են Կելվինի միավորին և անհրաժեշտություն ունեն արագ փոխարկման:

Գործնական օրինակներ և սխալներից խուսափել

Դիտարկենք մի քանի սովորական օրինակ: Սենյակային ջերմաստիճանը մոտավորապես 300 K է: Փոխարկելով` 300 - 273.15 = 26.85 °C: Սա համապատասխանում է տիպիկ սենյակային ջերմաստիճանին: Չոր սառույցի (պինդ ածխածնի երկօքսիդի) ջերմաստիճանը մոտ 195 K է. °C = 195 - 273.15 = -78.15 °C:

Բացարձակ զրոյի դեպքում 0 K = -273.15 °C: Ջրի սառեցման կետը 273.15 K է, իսկ եռման կետը 373.15 K: Ստորև բերված աղյուսակը ցույց է տալիս մի քանի հիմնական արժեքներ.

Ընդհանուր սխալներից խուսափելու համար հիշեք. բանաձևը միշտ հանում է 273.15, այլ ոչ թե գումարում: Սխալ ուղղությունը (K = °C + 273.15) տալիս է Ցելսիուսից Կելվինի վերածումը: Այս էջը կատարում է հակառակ գործողությունը: Բացի այդ, երբ արդյունքը բացասական է, մի շփոթվեք. սա նորմալ է 0 °C-ից ցածր ջերմաստիճանների համար:

Աֆինային փոխարկման էությունն այն է, որ բանաձևը պարունակում է ինչպես գծային մաս (աստիճանային քայլը նույնն է), այնպես էլ հաստատունի տեղաշարժ: Սա տարբերվում է զուտ բազմապատկումից, ինչպես, օրինակ, մետրերի և սանտիմետրերի փոխարկումը: Գազային օրենքներում այս հատկությունը կարևոր է, քանի որ Ցելսիուսի արժեքների օգտագործումն առանց բացարձակ զրոյի նկատմամբ ճշգրտման կարող է հանգեցնել ոչ ճիշտ արդյունքների:

Հաճախ տրվող հարցեր (FAQ)

Հարց 1: Ինչու է կոնկրետ 273.15 թիվը, այլ ոչ թե, օրինակ, 273-ը: Պատասխան. 273.15-ը ճշգրիտ մեծություն է, որը սահմանվել է միջազգային համաձայնագրով: Այն համապատասխանում է Կելվինի և Ցելսիուսի զրոյական կետերի տարբերությանը: 273-ի կլորացումը կարող է հարմար լինել ոչ պաշտոնական հաշվարկներում, սակայն ճշգրիտ փոխարկումը պահանջում է 273.15:

Հարց 2: Կարո՞ղ է Կելվինը լինել բացասական: Պատասխան. Ֆիզիկապես` ոչ: 0 K-ն բացարձակ զրոն է, ամենացածր հնարավոր ջերմաստիճանը: Սակայն էջը կկատարի հաշվարկ, եթե մուտքագրեք բացասական թիվ, արդյունքը ֆիզիկական իմաստ չի ունենա:

Հարց 3: Արդյո՞ք փոխարկումը նույնն է, ինչ Ցելսիուսից Կելվինի վերածումը: Պատասխան. Ոչ: Սա հակառակ գործողությունն է: Ցելսիուսից ստանալու համար օգտագործվում է K = °C + 273.15: Այս էջը կատարում է միայն Կելվին → Ցելսիուս:

Հարց 4: Որքա՞ն է բացարձակ զրոն Ցելսիուսով: Պատասխան. -273.15 °C:

Հարց 5: Ինչու՞ է փոխարկումը համարվում աֆինային, այլ ոչ գծային: Պատասխան. Գծային փոխարկումը կլինի միայն y = k·x տեսքի, առանց հաստատունի ավելացման կամ հանման: Այստեղ բանաձևը y = x - 273.15 է, որը ներառում է տեղաշարժ (հաստատուն հանում), այսինքն` աֆինային ձևափոխություն:

Հարց 6: Ի՞նչ անել, եթե մուտքագրեմ մեծ թիվ, օրինակ 1,000,000 K: Պատասխան. Էջը կհաշվի 1,000,000 - 273.15 = 999,726.85 °C: Սա ֆիզիկապես հնարավոր ջերմաստիճան է (օրինակ` աստղերի միջուկներում): Վերին սահման չկա: