علوم پایه , فیزیک 4574 بازدید

در آموزش‌های قبلی مجله فرادرس، با تبدیل واحد برخی از کمیت‌ها، از جمله طول، جرم، سرعت و حجم آشنا شدیم. در این آموزش، با واحدهای اندازه‌‌گیری و نیز تبدیل واحد دما آشنا می‌شویم.

محتوای این مطلب جهت یادگیری بهتر و سریع‌تر آن، در انتهای متن به صورت ویدیویی نیز ارائه شده است.

برای مشاهده ویدیوها کلیک کنید.

دما چیست؟

دما سنجشی برای بیان میزان گرما یا سرمای یک جسم است که گاهی به شدت گرما یا انرژی گرمایی یک جسم اطلاق می‌شود. وقتی جسمی دمای گرم یا سرد داشته باشد، می‌توانیم آن را احساس کنیم. برای مثال، وقتی دستمان به آب در حال جوشیدن برخورد می‌کند، حس سوختگی داریم یا زمانی که یک قطعه یخ را لمس می‌کنیم، به خوبی سرمای آن را احساس خواهیم کرد.

دما معمولاً برحسب سه مقیاس رایج فارنهایت (Fahrenheit)، سلسیوس (Celsius) یا کلوین (Kelvin) اندازه‌گیری می‌شود. دماسنج‌ها ابزاری هستند که دما را معمولاً بر حسب این واحدهای رایج اندازه‌گیری می‌کنند. البته واحدهای دیگری نیز وجود دارند که می‌توان آن‌ها را با استفاده از روابط و فرمول‌هایی به سایر واحدهای رایج تبدیل کرد. همین کار برای تبدیل واحدهای رایج به یکدیگر نیز امکان پذیر است.

مقیاس‌های اندازه‌گیری دما

مهم‌ترین مقیاس‌های اندازه‌گیری دما، درجه فارنهایت، درجه سلسیوس، کلوین، درجه رانکین، درجه دلزیل و درجه نیوتن هستند که در ادامه آن‌ها را توضیح می‌دهیم.

درجه فارنهایت

فیزیکدان آلمانی، گابریل دانیل فارنهایت (Daniel Gabriel Fahrenheit)، در سال ۱۷۲۴ واحد فارنهایت را برای سنجش دما معرفی کرد. او به روشی برای اندازه‌گیری دما نیاز داشت، زیرا ۱۰ سال پیش‌تر، یعنی سال ۱۷۱۴، دماسنج جیوه‌ای را اختراع کرده بود. مقیاس فارنهایت، نقاط جوش و انجماد آب را به ۱۸۰ درجه تقسیم می‌کند. در این مقیاس، $$ 32\, ^ \circ\text{F}$$ نقطه انجماد آب و $$ 212\, ^ \circ\text{F}$$ نقطه جوش آن است.

دماهای مهم بر حسب درجه فارنهایت در جدول زیر آورده شده‌اند.

دما درجه فارنهایت
صفر مطلق $$ -459.67\, ^ \circ \text{F}  $$
نقطه انجماد آب $$ 32\, ^ \circ \text{F}  $$
نقطه سه گانه آب $$ 32.018\, ^ \circ \text{F}  $$
نقطه جوش آب $$ 212\, ^ \circ \text{F}  $$

درجه سلسیوس

در سال 1741 و چند سال بعد از فارنهایت، مقیاس دمای سلسیوس، که به آن سانتی‌گراد (Centigrade) نیز می‌گویند، توسط ستاره‌شناس سوئدی، آندرش سلسیوس (Anders Celsius)، معرفی شد. واژه سانتی‌گراد از دو بخش سانتی و گراد تشکیل شده و به معنی «تشکیل شده از یا تقسیم شده بر ۱۰۰ درجه» است. این مقیاس ۱۰۰ درجه بین نقطه انجماد و نقطه جوش آب در سطح دریا (به ترتیب، $$ 0 \, ^ \circ \text{C}$$ و $$ 100 \, ^ \circ \text{C}$$) را نشان می‌دهد.

دماهای مهم بر حسب درجه سلسیوس به صورت زیر هستند.

دما درجه سلسیوس
صفر مطلق $$ -273.15\, ^ \circ \text{C}  $$
نقطه انجماد آب $$ 0\, ^ \circ \text{C}  $$
نقطه سه گانه آب $$ 0.01\, ^ \circ \text{C}  $$
نقطه جوش آب $$ 100\, ^ \circ \text{C}  $$

فارنهایت به سلسیوس

کلوین

کلوین مقیاس دمای مطلق است که از صفر مطلق شروع می‌شود. کلوین بر اساس ثابت بولتزمن تعریف می‌شود که سنجشی برای انرژی حرکت متناظر با یک کلوین است. صفر کلوین برابر با $$ -273.15$$ درجه سلسیوس بوده که نقطه صفر مطلق است.

مقیاس کلوین بر حسب درجه بیان نمی‌شود و به همین دلیل با سایر واحدها تفاوت دارد. کلوین به افتخار فیزیکدان معروف، ویلیام تامسون (William Thompson)، نامگذاری شده است. تامسون به دلیل کارهای مهمی که در ترمودینامیک انجام داد، به لرد کلوین (Lord Kelvin) معروف شد. او یک مقیاس دمای مطلق را پیشنهاد کرد که بعدها صفر مطلق نامیده شد. مقیاس کلوین به طور گسترده در علوم مورد استفاده قرار می‌گیرد و امروزه برای اندازه‌گیری دمای رنگ نیز به کار می‌رود.

دماهای مهم بر حسب کلوین در جدول زیر قابل مشاهده‌اند.

دما کلوین
صفر مطلق $$ 0 \, \text{K}$$
نقطه انجماد آب $$ 273.15 \, \text{K}$$
نقطه سه گانه آب $$ 273.16 \, \text{K}$$
نقطه جوش آب $$ 373.15 \, \text{K}$$

درجه رانکین

مقیاس رانکین یک مقیاس دمای مطلق است که مانند کلوین از صفر مطلق به عنوان نقطه شروع استفاده می‌کند. تفاوت اصلی بین رانکین و کلوین این است که افزایش یک درجه‌ای رانکین برابر با افزایش یک درجه فارنهایت است. این در حالی است که افزایش یک کلوین، معادل با افزایش یک درجه سلسیوس است. پایه مقیاس رانکین از صفر مطلق شروع می‌شود؛ بنابراین، صفر درجه رانکین برابر با $$ -459.67$$ درجه فارنهایت است.

مقیاس رانکین، به افتخار مهندس اسکاتلندی، ویلیام جان مک‌کورن رانکین (William John Macquorn Rankine)، نامگذاری شده است که اولین بار در سال 1859 این واحد را پیشنهاد کرد. این واحد در صنعت هوافضا کاربرد فراوانی دارد.

دماهای مهم بر حسب درجه رانکین به صورت زیر هستند.

دما درجه رانکین
صفر مطلق $$ 0\, ^ \circ \text{R}  $$
نقطه انجماد آب $$ 491.67\, ^ \circ \text{R}  $$
نقطه سه گانه آب $$ 491.688\, ^ \circ \text{R}  $$
نقطه جوش آب $$ 671.67\, ^ \circ \text{R}  $$

درجه دلزیل

نقطه صفر ثابتِ مقیاس دلزیل برابر با دمای نقطه جوش آب است. وقتی دما کم شود، درجات دنزیل زیاد می‌شود. مقیاس دنزیل به افتخار خالق آن، ژوزف نیکولاس دلزیل (Joseph-Nicolas Delisle)، ستاره‌شناس فرانسوی، نامگذاری شده است. روسیه تا یک قرن از این مقیاس استفاده می‌کرد، اما دلزیل امروزه مقیاس رایجی نیست.

دماهای مهم بر حسب درجه دلزیل به صورت زیر هستند.

دما درجه دلزیل
صفر مطلق $$ 559.725\, ^ \circ \text{De}  $$
نقطه انجماد آب $$ 150\, ^ \circ \text{De}  $$
نقطه جوش آب $$ 0\, ^ \circ \text{De}  $$

درجه نیوتن

مقیاس نیوتن مقیاسی است که یک نقطه صفر ثابت را معادل با نقطه انجماد آب قرار می‌دهد. این مقیاس هم از تصاعد حسابی و هم تصاعد هندسی استفاده می‌کند. مقیاس نیوتن ۱۸ نقطه مرجع و «درجات گرما» و تصاعد هندسی مربوطه را تعریف می‌کند. مقیاس نیوتن در اوایل قرن هجدهم به افتخار خالق آن، سِر ایزاک نیوتن (Sir Isaac Newton) برای اندازه‌گیری مقدار گرما نامگذاری شد.

دماسنج

تبدیل واحد دما

جدول زیر، مقادیر عددی معادل واحدهایی را که در بالا بیان کردیم نشان می‌دهد. لازم به ذکر است که از این مقادیر نمی‌توان برای به دست آوردن مقدارهایی خارج از این جدول استفاده کرد. زیرا رابطه مقیاس‌های مختلف بر اساس فرمول‌هایی است که در دو جدول بعدی آورده شده‌اند.

نیوتن دلزیل رانکین کلوین سلسیوس فارنهایت تبدیل از 
$$ -5.683333\, ^ \circ \text{N}  $$ $$ 175.833333\, ^ \circ \text{De}  $$ $$ 460.67\, ^ \circ \text{R}  $$ $$ 255.927778\,  \text{K}  $$ $$ -17.222222\, ^ \circ \text{C}  $$ $$ 1\, ^ \circ \text{F}  $$ $$ 1\, ^ \circ \text{F} = $$
$$ 0.33\, ^ \circ \text{N}  $$ $$ 148.5\, ^ \circ \text{De}  $$ $$ 493.47\, ^ \circ \text{R}  $$ $$ 274.15\,  \text{K}  $$ $$ 1\, ^ \circ \text{C}  $$ $$ 33.8\, ^ \circ \text{F}  $$ $$ 1\, ^ \circ \text{C} = $$
$$ -89.8095\, ^ \circ \text{N}  $$ $$ 558.225\, ^ \circ \text{De}  $$ $$ 1.8\, ^ \circ \text{R}  $$ $$ 1\,  \text{K} $$ $$ -272.15\, ^ \circ \text{C}  $$ $$ -457.87\, ^ \circ \text{F}  $$ $$ 1\,  \text{K} = $$
$$ -89.956167\, ^ \circ \text{N}  $$ $$ 558.891667\, ^ \circ \text{De}  $$ $$ 1\, ^ \circ \text{R}  $$ $$ 0.555556\,  \text{K}  $$ $$ -272.594444\, ^ \circ \text{C}  $$ $$ -458.67\, ^ \circ \text{F}  $$ $$ 1\, ^ \circ \text{R} = $$
$$ 32.78\, ^ \circ \text{N}  $$ $$ 1\, ^ \circ \text{De}  $$ $$ 670.47\, ^ \circ \text{R}  $$ $$ 372.483333\,  \text{K}  $$ $$ 99.333333\, ^ \circ \text{C}  $$ $$ 210.8\, ^ \circ \text{F}  $$ $$ 1\, ^ \circ \text{De} = $$
$$ 1\, ^ \circ \text{N}  $$ $$ 145.454545\, ^ \circ \text{De}  $$ $$ 497.124545\, ^ \circ \text{R}  $$ $$ 276.180303\,  \text{K}  $$ $$ 3.030303\, ^ \circ \text{C}  $$ $$ 37.454545\, ^ \circ \text{F}  $$ $$ 1\, ^ \circ \text{N} = $$

برای محاسبه مقادیری غیر از جدول بالا، باید از فرمول‌های تبدیل واحد دما بین مقیاس‌های مختلف استفاده کنیم.

کلوین فارنهایت سلسیوس
$$ [ ^ \circ \text {C} ] = [ \text {K} ] -273.15 $$ $$ [ ^ \circ \text {C} ] = ( [ ^ \circ \text {F} ] -32 ) \times \frac { 5 } { 9 } $$ $$ [ ^ \circ \text {C} ] = [ ^ \circ \text {C} ] $$ سلسیوس
$$ [ ^ \circ \text {F} ] = [ \text {K} ] \times \frac { 9 } { 5 } -459.67 $$ $$ [ ^ \circ \text {F} ] = [ ^ \circ \text {F} ] $$ $$ [ ^ \circ \text {F} ] = [ ^ \circ \text {C} ] \times \frac { 9 } { 5 } + 32 $$ فارنهایت
$$ [ \text {K} ] = [ \text {K} ] $$ $$ [ \text {K} ] = ( [ ^ \circ \text {F} ] +459.67 ) \times \frac { 5 } { 9 } $$ $$ [ \text {K} ] = [ ^ \circ \text {C} ]+ 273.15 $$ کلوین
$$ [ ^ \circ \text {R} ] = [ \text {K} ] \times \frac { 9 } { 5 } $$ $$ [ ^ \circ \text {R} ] = [ ^ \circ \text {F} ] +459.67 $$ $$ [ ^ \circ \text {R} ] = ( [ ^ \circ \text {C} ]+273.15) \times \frac { 9 } { 5 } $$ رانکین
$$ [ ^ \circ \text {De} ] = (373.15 – [ \text {K} ]) \times \frac { 3 } { 2 } $$ $$ [ ^ \circ \text {De} ] = ( 212-[ ^ \circ \text {F} ] ) \times \frac { 5 } { 6 } $$ $$ [ ^ \circ \text {De} ] = ( 100 – [ ^ \circ \text {C} ]) \times \frac { 3 } { 2 } $$ دلزیل
$$ [ ^ \circ \text {N} ] = ( [ \text {K} ] – 273.15 ) \times \frac { 33 } { 100 } $$ $$ [ ^ \circ \text {N} ] = ( [ ^ \circ \text {F} ] -32) \times \frac { 11 } { 60 } $$ $$ [ ^ \circ \text {N} ] = [ ^ \circ \text {C} ] \times \frac { 33 } { 100 } $$ نیوتن

نیوتن دلزیل رانکین
$$ [ ^ \circ \text {C} ] = [ ^ \circ \text {N} ] \times \frac { 100 } { 33 } $$ $$ [ ^ \circ \text {C} ] = 100 – [ ^ \circ \text {De} ] \times \frac { 2 } { 3 } $$ $$ [ ^ \circ \text {C} ] = ( [ ^ \circ \text {R} ] – 491.67 ) \times \frac { 5 } { 9 } $$ سلسیوس
$$ [ ^ \circ \text {F} ] = [ ^ \circ \text {N} ] \times \frac { 60 } { 11 } + 32 $$ $$ [ ^ \circ \text {F} ] = 212 – [ ^ \circ \text {De} ] \times \frac { 6 } { 5 } $$ $$ [ ^ \circ \text {F} ] = [ ^ \circ \text {R} ] – 491.67 $$ فارنهایت
$$ [ \text {K} ] = [ ^ \circ \text {N} ] \times \frac { 100 } { 33 } + 273.15 $$ $$ [ \text {K} ] = 373.15 – [ ^ \circ \text {De} ] \times \frac { 2 } { 3 } $$ $$ [ \text {K} ] = [ ^ \circ \text {R} ] \times \frac { 5 } { 9 } $$ کلوین
$$ [ ^ \circ \text {R} ] = [ ^ \circ \text {N} ] \times \frac { 60 } { 11 } + 491.67 $$ $$ [ ^ \circ \text {R} ] = 671.67 – [ ^ \circ \text {De} ] \times \frac { 6 } { 5 } $$ $$ [ ^ \circ \text {R} ] = [ ^ \circ \text {R} ] $$ رانکین
$$ [ ^ \circ \text {De} ] = (33 – [ ^ \circ \text {N} ] ) \times \frac { 50 } { 11 } $$ $$ [ ^ \circ \text {De} ] = [ ^ \circ \text {De} ] $$ $$ [ ^ \circ \text {De} ] = (671.67 – [ ^ \circ \text {R} ] ) \times \frac { 5 } { 6 } $$ دلزیل
$$ [ ^ \circ \text {N} ] = [ ^ \circ \text {N} ] $$ $$ [ ^ \circ \text {N} ] = 33 – [ ^ \circ \text {De} ] \times \frac { 11 } { 50 } $$ $$ [ ^ \circ \text {N} ] = ( [ ^ \circ \text {R} ] – 491.67 ) \times \frac { 11 } { 60 } $$ نیوتن

مثال ۱

با توجه به جدول بالا، با استفاده از فرمول ساده زیر می‌توان درجه فارنهایت را به درجه سلسیوس تبدیل کرد:

$$ \large [ ^ \circ \text{C}] = ([^ \circ \text{F}]- 32) \times \frac { 5 } { 9 } $$

که در آن، $$ [^ \circ \text{F}] $$ و $$ [^ \circ \text{C}] $$ به ترتیب، درجه فارنهایت و درجه سلسیوس را نشان می‌دهند.

برای مثال، اگر بخواهیم $$ 50 \, ^ \circ \text{F}$$ را به درجه سلسیوس تبدیل کنیم، داریم:

$$ \large 50\, ^ \circ \text{C} = (50 – 32) \times \frac { 5 } { 9 }= 10 \, ^ \circ \text {C} $$

مثال ۲

برای تبدیل درجه سلسیوس به درجه فارنهایت، از فرمول زیر استفاده می‌کنیم:

$$ \large [ ^ \circ \text{F}] = [^ \circ \text{C}] \times \frac { 9 } { 5 } + 32 $$

برای مثال، برای تبدیل $$ 50 \, ^ \circ \text{C}$$ به درجه فارنهایت، داریم:

$$ \large 50 \, ^ \circ \text{C} = (50 \times \frac { 9 } { 5 } + 32 ) = 122 \, ^ \circ \text{F} $$

اگر این مطلب برای شما مفید بوده است، آموزش‌های زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:

^^

فیلم‌ های آموزش تبدیل واحد دما — به زبان ساده (+ دانلود فیلم آموزش رایگان)

فیلم آموزشی مقیاس‌های اندازه‌گیری دما

دانلود ویدیو

فیلم آموزشی تبدیل واحد دما

دانلود ویدیو

سید سراج حمیدی (+)

«سید سراج حمیدی» دانش‌آموخته مهندسی برق است. او مدتی در زمینه انرژی‌های تجدیدپذیر فعالیت کرده، و در حال حاضر، آموزش‌های ریاضیات، مهندسی برق و بورس مجله فرادرس را می‌نویسد.

بر اساس رای 5 نفر

آیا این مطلب برای شما مفید بود؟

2 نظر در “تبدیل واحد دما — به زبان ساده (+ دانلود فیلم آموزش رایگان)

  1. سلام…وقتتون بخیر آقای سراج…یک سوال…چطور در داخل وردپرس فرمول های ریاضی رو فرمول نویسی میکنید؟ من مجبورم جاشون عکس بگذارم…! ممنون میشم بهم بگید

    1. سلام. وقت شما هم به خیر.
      یکی از راه‌های نوشتن فرمول در وردپرس، استفاده از کتابخانه جاوااسکریپت MathJax است که از کدهای لاتک استفاده می‌کند. برای آشنایی با فرمول‌نویسی با لاتک، پیشنهاد می‌کنیم به آموزش‌های «فرمول نویسی در ورد ۲۰۱۹ با لاتک — از صفر تا صد» و «آموزش نگارش متون علمی در لتک | آموزش LaTeX — گام به گام» مراجعه کنید.
      از همراهی‌تان با مجله فرادرس خوشحالیم.

نظر شما چیست؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *