Цельсиас Кельвин руу хөрвүүлэх: Томьёо, онцлог, хэрэглээ
Энэ хуудас юу хийж өгдөг вэ
Энэ хуудас нь Цельсийн градусаар (°C) илэрхийлсэн температурыг шууд Кельвин (K) руу хөрвүүлэх боломжийг олгодог. Та эерэг, сөрөг эсвэл тэг гэсэн тоон температурын утгыг оруулаад, хариуд нь Кельвин хэмжүүр дээрх абсолют температурын эквивалентыг хүлээн авдаг. Кельвин нь термодинамик температурын SI үндсэн нэгж юм.
Энэ хуудсыг бусад температураас юугаараа ялгаруулдаг
Цельсиэс Фаренгейт руу (хоёулаа масштаб ба офсет ашигладаг) эсвэл Кельвинээс Ранкин руу (зөвхөн масштаб хийдэг) хөрвүүлэхээс ялгаатай нь, энэ хөрвүүлэлт нь тогтмол офсетийн энгийн нэмэгдэл юм: K = °C + 273.15. Энэ нь тэг цэгийг усны хөлдөх цэгээс (0 °C) абсолют тэг рүү (0 K) шилжүүлдэг, гэхдээ нэг градусын хэмжээ ижил хэвээр байна. Цельсиэс Кельвин руу шилжих нь усны фазын өөрчлөлтийн цэгүүдийн лавлагааг устгаж, үүнийг термодинамик дээр суурилсан абсолют тэгээр солино. Томьёо нь аффин (зөвхөн үржүүлэгч биш) тул масштабын хүчин зүйл оролцдоггүй—зөвхөн шилжилт хийгддэг. Энэ нь мөн -273.15 °C-аас доош сөрөг Цельсийн утга нь физикийн хувьд боломжгүй (энэ нь абсолют тэгээс доош температурт тохирох болно) гэсэн үг бөгөөд энэ нь зөвхөн энэ хоёр хэмжүүрт хамаарах хил хязгаар юм.
Оролт ба гаралт
Оролт: Цельсийн градусаар илэрхийлсэн тоон температурын утга (жишээ нь: 25, −10, 0). Утга нь бүхэл тоо эсвэл аравтын бутархай байж болно.
Гаралт: К = °C + 273.15 гэсэн яг томьёог ашиглан тооцоолсон Кельвин (K) дахь ижил температур. Гаралт нь эерэг тоо (эсвэл оролт нь −273.15 байхад яг 0) бөгөөд K нэгжийн тэмдгээр тэмдэглэгдсэн байна.
Дүрэм ба хязгаарын тохиолдлууд
- Хөрвүүлэлт нь яг нарийн: Цельсийн C температурын хувьд Кельвин температур нь C + 273.15 бөгөөд томьёонд өөрөө дугуйралт байхгүй (харагдах дугуйралтыг хэрэгслээр хэрэглэж болно).
- −273.15 °C оруулах нь 0 K (абсолют тэг) гаргана. Энэ бол тэг Кельвин гаргах цорын ганц оролт юм.
- −273.15 °C-аас доош оролт нь абсолют тэгээс доош температурт тохирох бөгөөд сонгодог термодинамикт бодит биш юм. Ийм оролтыг хүчингүй эсвэл боломжгүй гэж тэмдэглэх хэрэгтэй.
- Хөрвүүлэлт нь шугаман ба нэмэгдэлтэй: 1 °C-ийн өөрчлөлт нь яг 1 K-ийн өөрчлөлттэй тохирно.
- Томьёо нь физикийн хувьд хүчинтэй бүх Цельсийн утгуудад (≥ −273.15) ажилладаг. Бусад тусгай хязгаарын тохиолдлууд байхгүй; хамаарал нь шууд юм.
Хэн үүнийг ашигладаг
- Эрдэмтэд ба инженерүүд термодинамик, дулаан дамжуулалт, эсвэл хийн хуулиудын (жишээ нь, идеал хийн хууль PV = nRT) тооцоололд абсолют температур шаардлагатай үед.
- Оюутнууд физик, хими, эсвэл метеорологийн хичээлээр Цельсийн өгөгдлийг Кельвин руу хөрвүүлэх даалгавар эсвэл лабораторийн тайлан хийх үед.
- Лабораторийн техникчид Кельвинээр мэдээлдэг төхөөрөмжийг тохируулахдаа Цельсийн лавлагаа стандартаар хангагдсан үед.
- Одон орон судлаачид ба криогеникийн судлаачид маш бага температуртай ажиллаж, абсолют хэмжүүр дээр хэмжилтийг харьцуулах шаардлагатай үед.
- Уур амьсгалын загварчлагчид түүхэн цаг агаарын бүртгэлийг (ихэвчлэн Цельсид) энергийн тэнцвэрийн тэгшитгэлд ашиглахын тулд Кельвин руу хөрвүүлэх үед.
- SI нэгжийг ашигладаг хэн ч SI үндсэн нэгж болох Кельвинээр температурыг мэдээлэх эсвэл тооцоолох шаардлагатай үед.
Хөрвүүлэлтийн томьёо, түүний математик үндэс
K = °C + 273.15: Яагаад яг энэ томьёо
Цельсиэс Кельвин руу хөрвүүлэх томьёо нь маш энгийн: Кельвин температур = Цельсийн температур + 273.15. Энэ томьёо нь хоёр хэмжүүр нэг градусын хэмжээтэй (1 °C = 1 K) боловч өөр тэг цэгтэй байдагтай холбоотой. Цельсийн хэмжүүр нь усны хөлдөх цэгийг (0 °C) лавлагаа болгон ашигладаг бол Кельвиний хэмжүүр нь абсолют тэгээс (0 K) эхэлдэг. 273.15 гэсэн тоо нь усны гурвалсан цэг (273.16 K) ба Цельсийн 0 °C хоорондын хамаарлаас гаралтай. 1948 онд батлагдсан энэхүү тодорхойлолтоор усны хөлдөх цэг нь 273.15 K байхаар тогтоогдсон.
Иймээс хөрвүүлэлт нь аффин хувиргалт юм: энэ нь зөвхөн нэмэгдэл (шилжилт) бөгөөд масштабын хүчин зүйл (үржүүлэх) оролцдоггүй. Энэ нь Цельсиэс Фаренгейт (томьёо °F = (°C × 9/5) + 32) эсвэл Кельвинээс Ранкин (томьёо R = K × 9/5) руу хөрвүүлэхээс үндсээрээ ялгаатай. Эдгээр хөрвүүлэлтэд масштаб ба нэмэгдэл хоёулаа оролцдог. Харин Цельсиэс Кельвин руу хөрвүүлэхэд зөвхөн нэмэгдэл л хэрэгтэй.
Абсолют тэг ба түүний хил хязгаар
Абсолют тэг (0 K) нь термодинамик системийн хамгийн бага энергийн төлөв юм. Энэ нь Цельсийн хэмжүүр дээр яг -273.15 °C-тай тохирно. Энэ температураас доош ямар ч биет бодис оршин тогтнох боломжгүй, учир нь энэ нь бүх дулааны хөдөлгөөнийг зогсоохыг илэрхийлдэг. Иймд -273.15 °C-аас бага Цельсийн оролт нь физикийн хувьд боломжгүй бөгөөд хэрэгсэл үүнийг хүчингүй гэж тодорхойлон харуулах ёстой.
Нийтлэг алдаанууд
Хэрэглэгчид дараах алдаануудыг ихэвчлэн гаргадаг:
- 273.15-ыг мартаж, 273-ыг ашиглах: Жишээ нь, 25 °C-ийг 298 K (25 + 273) гэж тооцох нь буруу. Зөв хариулт нь 298.15 K. Хэдийгээр олон тохиолдолд зөрүү бага боловч шинжлэх ухааны тооцоололд энэ нь чухал юм.
- Тэмдэгтийг буруу ойлгох: Кельвин нь "градус Кельвин" гэж нэрлэгддэггүй бөгөөд "°" тэмдэг ашигладаггүй. Энэ нь зүгээр л "K" юм.
- Сөрөг Кельвин утгыг хүлээн зөвшөөрөх: Кельвин хэмжүүр нь абсолют тэгээс эхэлдэг тул сөрөг Кельвин утга байхгүй. -10 °C нь 263.15 K болно, энэ нь эерэг тоо юм.
Практик жишээнүүд
Хүснэгтэд хэд хэдэн ердийн хөрвүүлэлтийг харуулав:
| Цельсийн температур (°C) | Кельвин (K) | Тодорхойлолт |
|---|---|---|
| -273.15 | 0 | Абсолют тэг |
| -100 | 173.15 | Криогеник хүйтэн |
| 0 | 273.15 | Усны хөлдөх цэг |
| 20 | 293.15 | Өрөөний температур |
| 37 | 310.15 | Хүний биеийн температур |
| 100 | 373.15 | Усны буцлах цэг (1 атм даралт) |
| 1000 | 1273.15 | Галт уулын лаавын температур (ойролцоо) |
Жишээ нь, 20 °C-ийг Кельвин руу хөрвүүлэхэд: K = 20 + 273.15 = 293.15 K
Кельвинийг физик тэгшитгэлд ашиглах
Кельвин нь СИ системийн үндсэн нэгж тул физик тэгшитгэлүүд ихэвчлэн Кельвиний температурыг шаарддаг. Жишээ нь, идеал хийн хууль PV = nRT-д T нь Кельвинээр илэрхийлэгдэх ёстой. Хэрэв Цельсийн температур ашиглавал хууль буруу үр дүн өгнө. Стефан-Больцманы хууль (радиацын эрчим нь T^4-тэй пропорциональ) нь мөн Кельвинийг шаарддаг. Тиймээс физик, хими, ба инженерийн тооцоололд Цельсийн өгөгдлийг Кельвин руу хөрвүүлэх нь зайлшгүй шаардлагатай.
FAQ (Түгээмэл асуултууд)
1. Яагаад Кельвин хэмжүүр "градус" гэж нэрлэгддэггүй вэ?
Кельвин нь СИ системийн үндсэн нэгж бөгөөд "градус" гэсэн угтварыг ашигладаггүй. Зөв бичиглэл нь "Кельвин" (эсвэл "К") бөгөөд "°" тэмдэг байхгүй.
2. -273.15 °C-ийг Кельвин руу хөрвүүлэхэд юу гарах вэ?
Яг 0 K. Энэ бол абсолют тэг бөгөөд термодинамик системийн хамгийн бага энергийн төлөв юм.
3. Би 273.15-ын оронд 273-ыг ашиглаж болох уу?
Ерөнхийдөө тийм, гэхдээ нарийвчлал шаардсан тохиолдолд (жишээ нь, эрдэм шинжилгээний ажил) 273.15-ыг ашиглах нь зүйтэй. 273-ыг ашиглах нь 0.15 K-ийн зөрүү гаргах бөгөөд энэ нь зарим тооцоололд чухал байж болно.
4. Яагаад эрдэмтэд Кельвинийг илүүд үздэг вэ?
Кельвин нь абсолют тэгээс эхэлдэг тул физик хуулиуд (идеал хийн хууль, Стефан-Больцманы хууль гэх мэт) илүү энгийн хэлбэртэй болдог. Мөн энэ нь SI системийн үндсэн нэгж юм.
5. Сөрөг Кельвин температур боломжтой юу?
Сонгодог термодинамикт сөрөг Кельвин температур байхгүй. Квантын системд онолын хувьд маш тусгай нөхцөлд сөрөг Кельвин гарч болох боловч энэ нь энгийн хэрэглэгчийн хувьд тохиолддоггүй.
6. Кельвин ба Цельсийн хэмжүүрүүдийн нэг градусын хэмжээ ижил үү?
Тийм. 1 °C-ийн өөрчлөлт нь 1 K-ийн өөрчлөлттэй яг тохирно. Зөвхөн тэг цэгүүд нь өөр байдаг.
Дүгнэлт (нийтлэг бус)
Цельсиэс Кельвин руу хөрвүүлэх нь зөвхөн тогтмол тоо (273.15) нэмэх энгийн үйлдэл боловч түүний утга учир нь физик, хими, инженерийн шинжлэх ухаанд гүн гүнзгий юм. Энэхүү хөрвүүлэлт нь термодинамик тооцоололд абсолют температурыг ашиглах боломжийг олгодог бөгөөд бусад хөрвүүлэлтүүдээс (жишээ нь, Цельсиэс Фаренгейт) үндсээрээ ялгаатай. Хэрэглэгчид 273.15-ыг зөв ашиглаж, сөрөг Цельсийн утгыг физикийн хил хязгаарт байлгах ёстой. Энэхүү хуудас нь энэхүү хөрвүүлэлтийг шууд, нарийн, алдаагүй хийхэд туслах зорилготой юм.