فرادرس
فارنهایت چیست؟ — به زبان ساده
کار با درجه فارنهایت در ابتدا کمی عجیب به نظر می‌رسد. چرا دمای انجماد آب برابر با $$\large 32$$ درجه فارنهایت است و دمای صفر درجه در این مقیاس دقیقاً به چه چیزی اشاره می‌کند؟ براساس تعدادی از منابع، مخلوط یخ، نمک و آب در دمای صفر درجه فارنهایت قرار دارد و همچنین صد درجه فارنهایت نیز به دمای بدن اشاره دارد و این دو نقطه مبنای این مقیاس اندازه‌گیری هستند. در این مقاله به بررسی صحت این ادعاها می‌پردازیم و با درجه فارنهایت بیشتر آشنا خواهیم شد.
درجه فارنهایت چیست؟
چهاردهم آگوست $$\large 1701$$ میلادی، پدر و مادر «دنیل گابریل فارنهایت» (Daniel Gabriel Fahrenheit)، به دلیل خوردن قارچ‌های سمی از دنیا رفتند. ولی با این وجود، فارنهایت حدود هفت سال تحت تعقیب بود و در این مدت به مناطق مختلفی در اروپا فرار کرد. این سفرها مقدمه‌ای شد تا او با دستگاه‌های مختلف اندازه‌گیری و به ویژه دماسنج‌ها آشنا شود.
فارنهایت، در سال $$\large 1708$$ در دانمارک، با «اُل رومر» (Ole Romer) شهردار کپنهاگن آشنا شد که اتفاقاً ستاره‌شناس مشهوری هم بود. او کسی بود که روشی دقیق برای اندازه‌گیری سرعت نور پیدا کرده بود. اما اختراع دیگر رومر که ارتباطی هم با این مقاله دارد، کشف یک مقیاس جدید برای اندازه‌گیری دما بود. در این مقیاس اندازه‌گیری، آب در درجه $$\large 7.5$$ یخ می‌زد و دمای بدن انسان برابر با $$\large 22.5$$ درجه بود. دلیل این انتخاب‌ها هم این بود که دمای جوش آب را روی درجه $$\large 60$$ تنظیم کرده بود. طبق این تقسیم‌بندی، دمای انجماد آب در یک‌هشتم و دمای بدن در سه‌هشتم از این مقیاس قرار می‌گرفت.
فارنهایت در گام اول و پس از آشنایی با درجه‌بندی رومر، به فکر این افتاد تا تغییراتی در این سیستم ایجاد کند. به همین منظور، دمای انجماد آب و دمای بدن انسان را به ترتیب در درجه‌های $$\large 8$$ و $$\large 24$$ قرار داد. این، اولین مقیاس فارنهایت بود. در این درجه‌بندی، دمای جوش آب نیز برابر با $$\large 64$$ شده بود. اما پس از مدتی، فارنهایت، تمام اعداد این بازه را در عدد $$\large 4$$ ضرب کرد. اولین دلیل او برای این کار، بالا بردن دقت اندازه‌گیری‌ها بود.
اما او به قدری در کارش دقیق بود که تمام دماسنج‌هایی که می‌ساخت دقت یکسانی داشتند. فارنهایت اولین کسی بود که از جیوه به عنوان سیال داخل دماسنج استفاده کرد. در آن زمان، عموماً الکل با فرمول $$\large \text {C}_2 \text{H}_5 \text {OH}$$ در ساخت این تجهیزات به کار می‌رفت. مزیت جیوه نسبت به الکل این است که دمای جوش بسیار بالاتری دارد. هدف او این بود که هر یک درجه افزایش دما، با میزان مشخصی افزایش در حجم سیال اندازه‌گیری متناظر باشد.
امروزه می‌دانیم که یک درجه فارنهایت افزایش دما، حجم جیوه را دقیقاً به اندازه یک ده‌هزارم افزایش می‌دهد. البته هنوز هم مشخص نیست که دمای صفر درجه فارنهایت دقیقاً با چه پدیده‌ای متناظر است. به اعتقاد بسیاری، در این دما، مخلوط یخ، نمک و آب با هم در تعادل هستند ولی اول اینکه این مخلوط می‌تواند ترکیبات زیادی را شامل شود و دوم اینکه هیچ‌یک از این ترکیبات، دقیقاً دمای صفر درجه فارنهایت را نشان نمی‌دهند. همچنین در روایت دیگری هم گفته شده که به عقیده فارنهایت، صفر مربوط به درجه حرارتی است که بدن انسان یخ می‌زند و دیگر قادر به زنده ماندن نیست.
پس از مرگ فارنهایت، درجه‌های $$\large 32$$ و $$\large 212$$ به ترتیب به دماهای انجماد و جوش آب اختصاص داده شد و همچنین دمای استاندارد بدن انسان برابر $$\large 98.6$$ درجه فارنهایت تعیین شد. این تبدیل‌ها باعث شد تبدیل درجه فارنهایت به درجه سلسیوس، راحت‌تر انجام پذیرد. هر یک درجه فارنهایت، با پنج‌نهم هر درجه سلسیوس برابر است. دو مقیاس فارنهایت و سلسیوس در درجه منفی $$\large 40$$ به یکدیگر می‌رسند. یعنی درجه حرارت $$\large -40\: ^\circ \text {F}$$ با $$\large -40\: ^\circ \text {C}$$ برابر است.
در بین سال‌های $$\large 1960$$ تا $$\large 1970$$، تقریباً تمام کشورها استفاده از درجه فارنهایت را کنار گذاشته و به سلسیوس رو آوردند تا سهمی در استانداردسازی مقیاس‌ها و اوزان داشته باشند. ایالات متحده آمریکا یکی از معدود کشورهایی است که هنوز هم به استفاده از این مقیاس قدیمی دما ادامه می‌دهد. طرفداران این درجه‌بندی اعتقاد دارند، فارنهایت مقیاسی است که بدن انسان قادر به تشخیص هر یک درجه آن است.
تبدیل درجه فارنهایت به مقیاس‌های دیگر
در بسیاری از مسائل مختلف ترمودینامیک نیاز است تا دما از مقیاسی به مقیاسی دیگر تبدیل شود. برای تبدیل فارنهایت به مقیاس‌های سلسیوس، کلوین و رانکین و برعکس می‌توانید از رابطه‌های زیر استفاده کنید.
$$\large \left[ ^\circ \text {C} \right] \:=\: \left( \left[ ^\circ \text {F} \right] \:-\: 32 \right) \times \frac {5} {9} \\~\\
\large \left[ ^\circ \text {F} \right] \:=\: \left[ ^\circ \text {C} \right] \times \frac {9} {5} \:+\: 32 \\~\\
\large \left[ \text {K} \right] \:=\: \left( \left[ ^\circ \text {F} \right] \:+\: 459.67 \right) \times \frac {5} {9} \\~\\
\large \left[ ^\circ \text {F} \right] \:=\: \left[ \text {K} \right] \times \frac {9} {5} \:-\: 459.67 \\~\\
\large \left[ ^\circ \text {R} \right] \:=\: \left[ ^\circ \text {F} \right] \:+\: 459.67 \\~\\
\large \left[ ^\circ \text {F} \right] \:=\: \left[ ^\circ \text {R} \right] \:-\: 459.67 \\~\\
\large 1\: ^\circ \text {F} \:=\: 1\: ^\circ \text {R} \:=\: \frac {5} {9} \: ^\circ \text {C} \:=\: \frac {5} {9}\: \text {K}$$
در صورت علاقه‌مندی به مباحث مرتبط در زمینه مهندسی مکانیک، آموزشهای زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:
- مجموعه آموزشهای دروس مهندسی مکانیک
- مجموعه آموزشهای نرم‌افزارهای مهندسی مکانیک
- آموزش ترمودینامیک 2
- قانون دوم ترمودینامیک – از صفر تا صد
- تعادل فازی در ترمودینامیک – از صفر تا صد
- تعریف گرما و دما در ترمودینامیک — به زبان ساده
^^
بد نیست خوبه آموزشهای ویدیویی ،پروژه محور آموزش برنامه‌نویسی python &java اش رو خودم هم دنبال میکنم