قوانين تحويل درجات الحرارة

ما هو قانون تحويل درجات الحرارة 

الجدول التالي يوضح قوانين كيفية تحويل درجات الحرارة فيما يلي: 

وحدات  قياس درجة الحرارة 

درجة الحرارة هي مقياس يستخدم لقياس درجة حرارة الأشياء، وتقاس بواسطة بعض المقاييس التي تقوم بقياس انكماش أو تمدد المواد عند تعرضها للحرارة أو البرودة، وهناك ثلاثة وحدات لقياس درجة الحرارة وهي كالتالي: 

الفهرنهايت 

الفهرنهايت هي وحدة قياس لدرجة الحرارة، وتم تسميتها بهذا الاسم نسبة إلى العالم الألماني دانيال غابرييل فهرنهايت، وترمز لها بالرمز (F). درجة غليان الماء بالفهرنهايت تكون 212 درجة، ودرجة التجمد تكون 32 درجة، والفرق بينهما يقسم بالتساوي على 180. قام العالم الألماني غابرييل بتحديد مقياس الفهرنهايت باستخدام خليط متساو من الملح المجمد لجعل الصفر في المقياس درجة حرارة، وبناء على ذلك، حددت درجتا التجمد والغليان للماء وكذلك درجة حرارة الجسم تباعا بقيمتي 30 و 90 درجة مئوية. بعدها، تم تعديل هذه القيم إلى 32 و 96 درجة مئوية. ولكن المقياس النهائي يتطلب تعديل القيمة الأخيرة لتصبح 98.6 درجة مئوية 

في عام 1714م، قام العالم الألماني فهرنهايت بتطوير ميزان لقياس درجة الحرارة بالزئبق، وهو أول جهاز حديث يستخدم لقياس درجة الحرارة. يتميز هذا الجهاز بدقته العالية مقارنة بالأجهزة السابقة لقياس درجة الحرارة. جاء مقياس فهرنهايت بعد اختراع العالم الدنماركي أولوس رومر لمقياس درجة الحرارة بالكحول. قام العالم رومر بتحديد نقطة الصفر ليكون بداية وأدنى نقطة للقياس، ونقطة الغليان تكون عند 60 درجة مئوية، ودرجة ذوبان الثلج ودرجة حرارة الجسم تكون عند 7.5 درجة. 

وبما أن مقياس درجة الحرارة الزئبقي هو المقياس الأكثر دقة، فقد قام العالم فهرنهايت بتعديل مقياس الحرارة العالمي رومر عن طريق ضربه في العدد أربعة. قام فهرنهايت بتحديد درجة حرارة الجسم عن طريق وضع الجهاز الزئبقي تحت إبط زوجته، وبذلك حصل على مقياس درجة حرارة الجسم. 

وضع العالم فهرنهايت نقطة الصفر ليكون بداية قياسه، حيث قام بوضع ميزان الحرارة في مزيج من الثلج والماء وملح كلوريد الأمونيوم، وعلى أساس ذلك وضع الصفر كنقطة ثابتة لدرجة الحرارة 

حدد الباحثون درجة 32 لتكون النقطة الثانية لقياس درجة الحرارة، حيث قاموا بقياسها من خلال وضع ميزان القياس في خليط متساو من الماء والثلج، أما النقطة الثالثة لقياس درجة الحرارة فهي 96 درجة حرارة الجسم في الإنسان 

تم ترويج فكرة أن تحديد فهرنهايت لنقطة خاصة لقياس درجة الحرارة كان ناتجًا عن دوافع غير قياس درجة الحرارة، ولكن فهرنهايت قام بتوثيق درجات الحرارة المستخدمة لقياس درجة غليان الماء وتجمده 

يستخدم العديد من الدول في العالم، بما فيها ليبيريا وبورما، درجة الحرارة المئوية كوحدة قياس، وذلك بسبب استخدامها للنظام المتري. هناك عدد قليل من الدول التي تستخدم نظام الفهرنهايت كوحدة قياس رسمية، ومن بينها الولايات المتحدة الأمريكية، وبليز، وبالاو، وأقاليم جزر البهاما، وجزر كايمان. نظام الدرجة المئوية هو النظام الأساسي والرسمي لوحدات القياس في كندا، على الرغم من أنها تستخدم أحيانا نظام الفهرنهايت.

التحويل من الفهرنهايت إلى الدرجة المئويّة

 يمكن تحويل درجة الحرارة من الفهرنهايت إلى السيليسيوس أو الدرجة المئوية باستخدام المعادلة التالية: درجة الحرارة المئوية = 5/9 * (ف-32). حيث يعبر الرمز (ف) عن درجة الحرارة بالفهرنهايت، وستتضح الخطوات التالية لتحويل درجة الحرارة من الفهرنهايت إلى الدرجة المئوية (السيليسيوس)، ويكون الناتج بالدرجة المئوية 

• خفض درجة الحرارة بالفهرنهايت بمقدار 32 وحدة.
• ضرب الرقم الناتج بالعدد 5.
• قسمة الرقم الناتج على العدد 9.

في حالة التحويل من درجات المئوية إلى درجات الفهرنهايت، يتم ذلك باستخدام المعادلة التالية: F = 1.8C + 32، حيث F هي درجة الحرارة بالفهرنهايت، وC هي درجة الحرارة بالسيليزية.

التحويل من فهرنهايت إلى كلفن

الطريقة الأولى: 

• طرح العدد 32 من قيمة درجة الحرارة بالفهرنهايت.
• ضرب الرقم الناتج بالعدد 5.
• قسمة الرقم الناتج بالعدد 9.
• إضافة العدد 273.15 الرقم الناتج. 

الطريقة الثانية: توضح المعادلة التالية الخطوات اللازمة لتحويل درجة الحرارة من فهرنهايت إلى درجة حرارة في مقياس كلفن، وهي: TK = (TF + 459.67) x 5/9، حيث يعني الرموز التالي

• TF: درجة الحرارة بالفهرنهايت.
• TK: درجة الحرارة بالكلفن.

السلسيوس 

تعد وحدة القياس السلسيوس واحدة من وحدات قياس الحرارة، وهي الوحدة التي اخترعها العالم الفلكي السويدي أندرس سلسيوس والتي تعرف باسم درجة الحرارة المئوية، ويرمز لها بالرمز (c)، وتبلغ درجة الغليان بالسلسيووس 100 درجة مئوية، في حين تبلغ درجة التجمد صفر درجة مئوية 

الكلفن 

– “وحدة القياس لدرجة الحرارة الكلفن هي وحدة قياس مطلقة معتمدة عالميا في النظام الدولي، ويرمز لها بالرمز (K)، حيث يكون الصفر المطلق في هذه الوحدة عند الصفر المطلق

أمثلة على طرق تحويل درجة الحرارة 

هناك العديد من الأمثلة التي توضح كيفية استخدام قوانين تحويل درجة الحرارة بسهولة وتطبيقها سواء بالحساب اليدوي أو باستخدام الآلة المحاسبة. هذه الأمثلة ضرورية بسبب أهمية هذه الوحدات في قوانين العلوم والمواد العلمية. بعض الأمثلة هي كالتالي 

• التحويل من 74 فهرنهايت إلى سيلسيوس: درجة الحرارة بالسيلسيوس = (74 – 32) / 1.8 = 42 / 1.8 = 23 درجة مئوية.
• التحويل من 30 سيلسيوس إلى فهرنهايت: درجة الحرارة بالفهرنهايت = (30 × 1.8) + 32 = 54 + 32 = 86 فهرنهايت.
• التحويل من 27 سيلسيوس إلى كلفن: درجة الحرارة بالكلفن = 27 + 273.15 = 300.15 كلفن.
• التحويل من 280 كلفن إلى سيلسيوس: درجة الحرارة بالسيليزية = 280 – 273.15 = 6.85 درجة سيليزية.
• التحويل من 295 كلفن إلى فهرنهايت: درجة الحرارة بالفهرنهايت = (295 × 1.8) – 459.7 = 531 – 259.7 = 71.3 فهرنهايت.
• التحويل من 82 فهرنهايت إلى كلفن: يمكن حساب درجة الحرارة بالكلفن عن طريق: ((82-32)/1.8) + 273.15 = 27.7 + 273.15 = 300.8 كلف.

طرق انتقال الحرارة 

• التوصيل الحراري: يعني التوصيل الحراري نقل الحرارة من جزيء إلى جزيء آخر الملامس له، ويتم تحديد قدرة التوصيل الحراري بناءً على المادة التي يتم توصيل درجة الحرارة عن طريقها. وبالتالي، هناك مواد جيدة في التوصيل الحراري وأخرى غير جيدة مثل الهواء التي لا توصل الحرارة. 
• الحمل الحراري: يتم نقل الحرارة من خلال المائع من مادة إلى أخرى، وهناك نوعان من هذا الناقل: الحمل الطبيعي والحمل القسري 
• الإشعاع: هذه الطريقة تعتمد على نقل الحرارة عن طريق جسم مشع دون الحاجة إلى وسيط، حيث يتم نقل الحرارة عبر سطح يبث الأشعة.

السعة الحرارية 

السعة الحرارية مصطلح فيزيائي يصف مقدار الحرارة التي تحتاجها أي مادة لرفع درجة حرارتها بمقدار درجة مئوية واحدة، كما يٌعد أيضًا مقياس على قدرته الجسم على تحمل التسخين عند توصيله بمصدر للطاقة الحرارية، كما تعتمد كتلك السعة الحرارية على كمية المادة التي تقوم بتوصيل درجة الحرارة وعلى الحرارة أيضًا. 

وتعتمد أيضًا على الضغط وذلك في حالة إذا كانت المادة غازية، وترتبط السعة الحرارية أيضًا على الحرارة النوعية للمادة وهي كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة غرام واحد من هذه المادة درجة مئوية واحدة، كما تختلف الحرارة النوعية للمادة على حسب التركيب الجزيئي لها والحالة الفيزيائية للمادة كذلك. 

 ويتمّ حساب الحرارة النوعية من خلال استخدام قياس السعة الحرارية من خلال ضرب كتلة المادة بالحرارة النوعية مضروبةً بالتغير في درجة الحرارة لحساب السعة الحرارية، فتكون وحدة الغرام في قياس كتلة المادة، أما وحدة قياس الحرارة النوعية ووحدة جول /(غرام * سيليسيوس)، ووحدة الجول لقياس السعة الحرارية.