تم إلغاء تنشيط البوابة. يُرجَى الاتصال بمسؤول البوابة لديك.

شارح الدرس: مقياس كلفن لدرجة الحرارة الفيزياء

في هذا الشارح، سوف نتعلم كيف نحول بين مقياسَي السلزيوس والفهرنهايت ومقياس كلفن، ونعرف الصفر المطلق.

مقياسا السلزيوس والفهرنهايت لدرجات الحرارة هما الأكثر استخدامًا في الحياة اليومية. في الترمومتر، درجة الحرارة التي يتجمد عندها الماء هي، 0 درجة سلزية، وتكافئ 32 درجة فهرنهايت.

ودرجة الحرارة التي يغلي عندها الماء هي، 100 درجة سلزية، وتكافئ 212 درجة فهرنهايت. كما نرى، يقيس كلٌّ من مقياسَي الفهرنهايت والسلزيوس درجة الحرارة نفسها، ولكن باستخدام مقياسَي أعداد مختلفين تمامًا.

مقياس كلفن هو وحدة قياس درجة الحرارة في النظام الدولي للوحدات طوَّره اللورد كلفن باعتباره مقياسًا لدرجة الحرارة المطلقة.

0 كلفن هي أقل درجة حرارة مطلقة لأي جسم في الكون.

على العكس من التحويل المُعقد بين مقياس السلزيوس ومقياس الفهرنهايت، يقابل التغير في درجة الحرارة بالكلفن التغيُّر نفسه في درجة الحرارة بالسلزيوس. يعني هذا أنه عندما تحدُث زيادة بمقدار واحد كلفن يقابلها زيادة بمقدار واحد سلزيوس.

لنتناول مثالًا.

مثال ١: التحويل من سلزيوس إلى كلفن

سُخِّن وعاء به ماء فارتفعت درجة حرارته من درجة حرارة 19C إلى 67C. ما مقدار زيادة درجة حرارة الماء بالكلفن؟

الحل

كل زيادة مقدارها وحدة واحدة بالكلفن تقابلها زيادة مقدارها وحدة واحدة بالسلزيوس. وترتفع درجة حرارة الوعاء بهذه الطريقة.

بالسلزيوس، التغير في درجة الحرارة هو: 6719=48.CCC

إذن، ارتفعت درجة الحرارة بمقدار 48C.

تتغير درجات الحرارة على مقياسَي كلفن وسلزيوس بالمقدار نفسه، ومن ثم، فإن درجة حرارة الماء في الوعاء تزداد بالمقدار نفسه بالكلفن (إلا أن الوحدة التي نستخدمها لا تضمن درجة كما أننا لا نستخدم رمز درجة).

وبذلك، نستنتج أن درجة حرارة الماء في الوعاء ارتفعت بمقدار 48 كلفن.

على الرغم من أن مقدار تغيُّر درجات الحرارة على مقياس سلزيوس ومقياس كلفن هو نفسه، يظل كلٌّ منهما مختلفًا عن الآخر. يوضح الجدول التالي مقارنة بين عدد من درجات الحرارة المختلفة على مقياس سلزيوس ومقياس كلفن ومقياس فهرنهايت.

سلزيوس100C0C273C
كلفن373 K273 K0 K
فهرنهايت212F32F459C
الدلالة الفيزيائيةدرجة الحرارة التي يغلي عندها الماءدرجة الحرارة التي يتجمد عندها الماءالصفر المطلق

الفرق بين درجات الحرارة على مقياس سلزيوس ومقياس كلفن كما هو موضح في الجدول أعلاه، يساوي 273. بالتعبير عن ذلك في صورة معادلة نحصل على: TTKC=+273, حيث TK هي درجة الحرارة بالكلفن وTC هي درجة الحرارة بالكلفن درجة سلزية.

لنتناول بعض أمثلة على التحويلات لدرجات حرارة أخرى. لنفترض أن لدينا قدحًا من القهوة درجة حرارته فاترة تبلغ 35C. لإيجاد درجة حرارته بالكلفن نحتاج فقط إلى إضافة 273: TCK=35+273, وهو ما يعطينا: 35+273=308.CK

إذن درجة الحرارة بالكلفن تزيد بمقدار 273، أي تساوي 308 K.

لنتناول بضع أمثلة أخرى.

مثال ٢: التحويل بين السلزيوس والكلفن

ما مقدار 18C بـالكلفن؟

الحل

نعرف أن: TCCKK=18+27318+273=255.

ومن ثم، فإن 18C على مقياس كلفن تساوي 255 K.

مثال ٣: التحويل بين الكلفن والسلزيوس

كم يساوي 330 K بالدرجات السلزية؟

الحل

بدلًا من أن تكون درجة الحرارة الابتدائية معطاة لنا بالدرجة السلزية، وجدنا أنها بوحدة الكلفن. للتحويل، علينا طرح 273 بدلًا من إضافتها: TTKC=+273.

للحصول على الدرجة السلزية، نطرح 273 من كلا الطرفين: TTCK=273.

TK يساوي 330 K، وعليه، فإن: TKC=330273.

بإجراء عملية الطرح، نحصل على: 330273=57.KC

لنتناول الآن كيفية التحويل من فهرنهايت إلىكلفن. بما أن مقياسَي السلزيوس والكلفن تربطهما علاقة، فسيكون الأمر متعلقًا الآن بالتحويل من مقياس الفهرنهايت إلى مقياس السلزيوس، ثم التحويل إلى مقياس كلفن. معادلة التحويل من فهرنهايت إلى سلزيوس هي: TTCF=59(32).

أما بالنسبة للتحويل العكسي، أي التحويل من سلزيوس إلى فهرنهايت، فالمعادلة هي: TTFC=95+32.

على سبيل المثال، بالنسبة لدرجة حرارة قياسها: 22F: TFC=59((22)32), تصبح: TC=59(10).

وبضرب القيمتين معًا، نحصل على: TCC=5.5.

والآن بما أننا حصلنا على درجة الحرارة هذه بالدرجة السلزية، يمكننا استخدام هذه القيمة للتحويل إلى كلفن.

لنتناول مثالًا.

مثال ٤: التحويل من فهرنهايت إلى كلفن

ما قيمة 80F بالكلفن؟ قرب إجابتك إلى أقرب كلفن.

الحل

أولًا، نحول من درجة فهرنهايت إلى درجة سلزية باستخدام المعادلة: TTCF=59(32).

بالتعويض بالقيمة 80F، نحصل على: TFC=59((80)32).

بعد اجراء الطرح، نحصل على: TFC=59(48).

وبالضرب في 59 نحصل على: TCC=26.7.

والآن بعد أن أصبحت لدينا القيمة بالدرجة السلزية، كل ما علينا فعله هو جمع 273: TCTKKK=26.7+273=299.7.

وبما أننا نريد الناتج لأقرب درجة، نقرِّب إجابتنا إلى 300 K.

يمكننا أيضًا التحويل بطريقة عكسية، أي من كلفن إلى فهرنهايت.

لنتناول مثالًا على ذلك.

مثال ٥: التحويل من كلفن إلى فهرنهايت

كم يساوي 400 K بـدرجة فهرنهايت؟ قرب إجابتك إلى أقرب درجة فهرنهايت.

الحل

أولًا، نحول وحدة كلفن إلى سلزيوس عن طريق طرح 273: TKTCCC=400273=127.

بعد ذلك، نستخدم معادلة تحويل الدرجة السلزية إلى فهرنهايت: TTFC=95+32.

وبالتعويض بالقيمة السلزية، 127C: نحصل على: TCF=95(127)+32.

بعد ذلك، نضرب 95 في 127، لنحصل على: TCF=(228.6)+32.

وبالجمع نحصل على القيمة بالفهرنهايت: TFF=260.6.

علينا إيجاد الناتج لأقرب درجة، لذلك نقرب إجابتنا لـ 261F.

والآن بعد أن عرفنا كيف يرتبط مقياس كلفن بمقياسَي درجات الحرارة الآخرَين، يمكننا تفسير التمثيلات البيانية التي تجمع بينهم.

لنتناول مثالًا على ذلك.

مثال ٦: فهم العلاقات الخطية بين السلزيوس والفهرنهايت والكلفن

يوضح التمثيل البياني مقياس سلزيوس ومقياس فهرنهايت لدرجات الحرارة مع مقياس كلفن لدرجات الحرارة، حيث يمثل المحور الأفقي مقياس كلفن لدرجات الحرارة. أي خط يُمثل مقياس فهرنهايت لدرجات الحرارة؟

الحل

بالمقارنة بين درجة الحرارة السلزية والفهرنهايت، نجد أن درجة فهرنهايت تزداد بوتيرة أكبر. ومن ثم، نتوقع أن يكون الخط الذي يمثل مقياس فهرنهايت له ميل أعلى، والذي على ما يبدو هو الخط البرتقالي.

باستخدام الأعداد على التمثيل البياني للتحقق من ذلك، نعرف أنه بما أن 0 K يساوي 273 درجة سلزية، فكل ما علينا فعله هو تحديد أي خط يقع عند 273 درجة سلزية عندما تكون درجة الحرارة 0 K. يقع الخط الأزرق عند 270 والخط البرتقالي عند 460 تقريبًا.

ومن ثم، نستنج أن الخط الأزرق يمثل الدرجة السلزية، والخط البرتقالي يمثل الدرجة بالفهرنهايت.

لنلخص ما تعلمناه في هذا الشارح.

النقاط الرئيسية

  • المقاييس الثلاثة الأكثر شيوعًا لدرجات الحرارة هي: سلزيوس وفهرنهايت وكلفن.
  • كلفن هو الوحدة الأساسية لقياس درجة الحرارة في النظام الدولي للوحدات.
  • الصفر المطلق هو أقل درجة حرارة ممكنة.
  • للتحويل من كلفن إلى سلزيوس، نضيف 273. للتحويل العكسي، نطرح 273.
  • للتحويل من كلفن إلى فهرنهايت، نستخدم المعادلة الآتية: TTFK=95(273)+32.
  • للتحويل من فهرنهايت إلى كلفن، نستخدم المعادلة الآتية: TTKF=59(32)+273.

تستخدم نجوى ملفات تعريف الارتباط لضمان حصولك على أفضل تجربة على موقعنا. معرفة المزيد حول سياسة الخصوصية لدينا.