THANG ĐO NHIỆT ĐỘ: CÔNG THỨC, VÍ DỤ, BÀI TẬP ĐÃ GIẢI - VẬT LÝ - 2026

Các thang đo nhiệt là những thang đo được sử dụng để đo nhiệt độ, thang đo độ lớn được sử dụng để định lượng nhiệt năng của một hệ thống. Thiết bị được sử dụng để đo nhiệt độ, tức là nhiệt kế, phải kết hợp với thang đo để có thể đọc kết quả.

Để xây dựng một thang đo thích hợp, bạn phải lấy hai điểm tham chiếu và chia khoảng giữa chúng. Các phân chia này được gọi là độ. Bằng cách này, nhiệt độ của đối tượng cần đo, có thể là nhiệt độ của cà phê, bồn tắm hoặc nhiệt độ cơ thể, được so sánh với tham chiếu được đánh dấu trên thiết bị.

Hình 1. Nhiệt kế chia độ theo thang độ C. Nguồn: Pixabay.

Các thang đo nhiệt độ thường được sử dụng nhất là thang độ C, độ F, độ Kelvin và thang Rankine. Tất cả đều thích hợp như nhau để đo nhiệt độ, vì các điểm được chọn làm điểm chuẩn là tùy ý.

Trong cả thang độ C và thang độ F, số 0 của thang đo không cho biết sự vắng mặt của nhiệt độ. Vì lý do này, chúng là thang đo tương đối. Mặt khác, đối với thang Kelvin và thang Rankine, 0 đại diện cho sự ngừng hoạt động phân tử, do đó chúng được coi là thang đo tuyệt đối.

thang đo độ C

Thang đo này được phát minh bởi nhà thiên văn Thụy Điển Anders C.C (1701–1744) vào thế kỷ 18, vào khoảng năm 1735. Rất trực quan, thang đo này sử dụng điểm đóng băng và điểm sôi của nước ở áp suất khí quyển bình thường (1 atm) như các điểm tham chiếu.

Nước là một chất phổ quát rất thích hợp cho việc này, và các giá trị của nó rất dễ lấy trong phòng thí nghiệm.

Trên thang độ C, điểm đóng băng của nước là điểm tương ứng với 0 ° C và điểm sôi đến 100 ° C, mặc dù ban đầu độ C đã đề xuất chúng theo cách khác và sau đó trật tự đã bị đảo ngược. Giữa hai giá trị tham chiếu này có 100 độ phân chia giống hệt nhau, đó là lý do tại sao nó đôi khi được gọi là thang độ bách phân.

Tương đương

Để thiết lập sự tương đương giữa độ C và các thang nhiệt độ khác, phải tính đến hai khía cạnh:

- Mối quan hệ giữa thang độ C và thang độ khác là tuyến tính, do đó nó có dạng:

y = mx + b

-Bạn phải biết điểm tham chiếu của cả hai thang đo.

Ví dụ: sự tương đương giữa thang độ C và độ F

Gọi T _{ºC là} nhiệt độ trên thang độ C và T _ºF là nhiệt độ trên thang Fahrenheit, do đó:

Được biết, 0ºC = 32ºF và 100ºC = 212ºF. Chúng tôi thay thế các giá trị này trong phương trình trước đó và chúng tôi thu được:

Đây là một hệ hai phương trình tuyến tính với hai ẩn số, có thể được giải bằng bất kỳ phương pháp nào đã biết. Ví dụ, bằng cách giảm:

________________

Biết m, ta thu được b bằng cách thay thế:

Bây giờ chúng ta cắm các giá trị của m và b vào phương trình tương đương để thu được:

T _{° C} = (5/9). T _ºF - (160/9) = (5T _ºF -160) / 9

Tương đương: T _{° C} = (5/9). (T _ºF - 32)

Phương trình này cho phép chuyển trực tiếp độ F sang độ C, chỉ bằng cách nhập giá trị nơi T _ºF xuất hiện .

Ví dụ: sự tương đương giữa các thang độ C và Kelvin

Nhiều thí nghiệm đã được thực hiện để cố gắng đo độ không tuyệt đối của nhiệt độ, tức là giá trị mà mọi hoạt động phân tử biến mất trong chất khí. Nhiệt độ này gần -273 ºC.

Gọi T _{K là} nhiệt độ tính bằng kelvin – từ “độ” không được sử dụng cho thang đo này-, sự tương đương là:

Đó là, các thang đo khác nhau ở chỗ thang đo Kelvin không có giá trị âm. Trong mối quan hệ độ C - độ F, hệ số góc của đường thẳng bằng 5/9 và trong trường hợp này nó bằng 1.

Kelvin và độ C có cùng kích thước, chỉ khác là thang Kelvin, như có thể thấy ở trên, không bao gồm các giá trị âm của nhiệt độ.

Thang đo độ F

Daniel Fahrenheit (1686–1736) là nhà vật lý người Ba Lan gốc Đức. Vào khoảng năm 1715, Fahrenheit đã chế tạo một nhiệt kế với thang đo dựa trên hai điểm tham chiếu được chọn tùy ý. Kể từ đó nó được sử dụng rộng rãi ở các nước nói tiếng Anh.

Ban đầu Fahrenheit đã chọn nhiệt độ của hỗn hợp đá và muối cho điểm đặt thấp hơn và đặt nó là 0 °. Đối với điểm khác, anh ấy chọn nhiệt độ cơ thể người và đặt nó ở 100 độ.

Không có gì ngạc nhiên khi anh ấy gặp một số khó khăn khi xác định nhiệt độ cơ thể "bình thường" là bao nhiêu, vì nó thay đổi suốt cả ngày, hoặc từ ngày này sang ngày khác mà người đó không nhất thiết bị ốm.

Nó chỉ ra rằng có những người hoàn toàn khỏe mạnh với nhiệt độ cơ thể là 99,1ºF, trong khi đối với những người khác thì bình thường là 98,6ºF. Giá trị sau là giá trị trung bình cho dân số chung.

Vì vậy, các điểm tham chiếu thang Fahrenheit đã phải thay đổi cho điểm đóng băng của nước, được đặt ở 32ºF và điểm sôi ở 212ºF. Cuối cùng, thang đo được chia thành 180 khoảng bằng nhau.

Chuyển đổi độ F sang độ C

Từ phương trình hiển thị ở trên, nó như sau:

Theo cách tương tự, chúng ta có thể coi nó như thế này: thang độ C có 100 độ, trong khi thang đo độ F có 180 độ. Vì vậy, với mỗi lần tăng hoặc giảm 1 ºC, sẽ có sự tăng hoặc giảm 1,8 ºF = (9/5) ºF

Thí dụ

Sử dụng các phương trình trước đó, hãy tìm một công thức cho phép bạn đi từ Fahrenheit sang thang Kelvin:

Biết rằng: T _ºC = T _K - 273 và thay vào phương trình đã suy ra ta có:

T _ºC = T _K - 273

Do đó: T _ºF = (9/5) (T _K - 273) + 32 = (9/5) T _K - 459,4

Thang đo Kelvin

William Thomson (1824–1907), Lord Kelvin, đề xuất một thang điểm không có điểm tham chiếu tùy ý. Đây là thang nhiệt độ tuyệt đối mang tên ông, được đề xuất vào năm 1892. Nó không có giá trị nhiệt độ âm, vì 0 tuyệt đối là nhiệt độ thấp nhất có thể.

Ở nhiệt độ 0 K, mọi chuyển động của các phân tử đều dừng lại hoàn toàn. Đây là thang đo Hệ thống Quốc tế (SI), mặc dù thang độ C cũng được coi là một đơn vị phụ. Hãy nhớ rằng thang đo Kelvin không sử dụng "độ", vì vậy bất kỳ nhiệt độ nào cũng được biểu thị dưới dạng giá trị số cộng với đơn vị, được gọi là "kelvin".

Cho đến nay vẫn chưa thể đạt tới độ không tuyệt đối, nhưng các nhà khoa học đã tiến khá gần.

Thật vậy, trong các phòng thí nghiệm chuyên về nhiệt độ thấp, họ đã làm mát các mẫu natri đến 700 nanokelvin hoặc 700 x 1010 ^-9 kelvin. Mặt khác, về phía đầu kia của thang đo, người ta biết rằng một vụ nổ hạt nhân có thể tạo ra nhiệt độ từ 100 triệu kelvin trở lên.

Mỗi kelvin tương ứng với 1 / 273,16 phần nhiệt độ của điểm ba của nước. Ở nhiệt độ này, ba pha của nước ở trạng thái cân bằng.

Thang Kelvin và thang độ C và độ F

Mối quan hệ giữa thang Kelvin và độ C là khoảng 273,16 đến 273-:

Tương tự, bằng cách thay thế, mối quan hệ giữa thang đo Kelvin và Fahrenheit thu được:

Thang điểm Rankine

Thang đo Rankine được đề xuất bởi William Rankine, một kỹ sư gốc Scotland (1820-1872). Là người tiên phong trong cuộc Cách mạng Công nghiệp, ông đã có những đóng góp to lớn trong lĩnh vực nhiệt động lực học. Năm 1859, ông đề xuất một thang nhiệt độ tuyệt đối, đặt 0 ở -459,67 ° F.

Trên thang đo này, kích thước của các độ giống như trên thang độ F. Thang đo Rankine được ký hiệu là R và như với thang đo Kelvin, các giá trị của nó không được gọi là độ, mà là rankine.

Như vậy:

0 K = 0 R = −459,67 ° F = - 273,15 ºC

Tóm lại, đây là những chuyển đổi cần thiết để chuyển sang thang đo Rankine từ bất kỳ chuyển đổi nào đã được mô tả:

Hình 2. Các chuyển đổi thang đo nhiệt độ Rankine. Nguồn: F. Zapata.

Thang điểm Réaumur

Một thang nhiệt độ khác được sử dụng trước đây là thang Réaumur, được ký hiệu là độ hoặc ºR. Nó hiện không được sử dụng, mặc dù nó đã được sử dụng rộng rãi ở Châu Âu cho đến khi nó bị thay thế bởi thang độ C.

Nó được tạo ra bởi René-Antoine Ferchault de Réaumur (1683-1757) vào khoảng năm 1731. Các tham chiếu của nó là: 0 ° R cho điểm đóng băng của nước và 80 ° R cho điểm sôi.

Có thể thấy, nó trùng với thang độ C ở 0, nhưng chắc chắn không phải ở các giá trị khác. Nó liên quan đến thang điểm bách phân bởi:

Và vì nhiệt độ phải trùng nhau nên T _ºC = T _ºF = x, nó như sau:

Khi T _ºC = -40 ºC, thì T _ºF = -40 ºF

Bài tập 2

Hơi đi ra khỏi lò hơi ở nhiệt độ 610 ºR. Tìm nhiệt độ theo độ F và độ C.

Giải pháp

Các điểm tương đương được tìm thấy trong phần của thang đo Réaumur được sử dụng, do đó: T _ºC = (5/4) T _ºR = (5/4). 610 ° C = 762,5 ° C.

Sau đó, bạn có thể chuyển đổi giá trị tìm thấy này thành độ F hoặc sử dụng một chuyển đổi khác được đề cập:

Hoặc cái này khác, cho kết quả tương tự: T _ºR = (4/9) (T _ºF - 32)

Giải ra: T _ºF = (9/4) T _ºR + 32 = (9/4) 610 + 32 ºF = 1404,5 ºF.

Tóm tắt chuyển đổi

Tóm lại, bảng sau cung cấp các chuyển đổi cho tất cả các thang đo được mô tả:

Hình 3. Bảng chuyển đổi các thang nhiệt độ. Nguồn: F. Zapata.

Người giới thiệu

1. Cân đo nhiệt độ. Được khôi phục từ: thales.cica.es.
2. Knight, R. 2017. Vật lý cho các nhà khoa học và kỹ thuật: Phương pháp tiếp cận chiến lược. Lề.
3. Ti Pháo binh, B. 2012. Khoa học vật lý. Đồi McGraw.
4. Wikipedia. Độ C. Phục hồi từ: es.wikipedia.org
5. Wikipedia. Độ Fahrenheit. Được khôi phục từ: es.wikipedia.org.
6. Wikipedia. Rankine. Được khôi phục từ: es.wikipedia.org.