Konu anlatımı
Sıcaklığı ölçmek için farklı amaçlara uygun farklı termometreler kullanılır ve aynı sıcaklık farklı ölçeklerde farklı sayılarla ifade edilir. Bu alt başlıkta termometre çeşitlerini, üç sıcaklık ölçeğini ve aralarındaki dönüşümleri göreceksin; bu konunun sayısal hesap yapılan tek bölümü burasıdır.
Termometre çeşitleri
Sıvılı termometreler ince bir borudaki sıvının genleşmesinden yararlanır. Alkollü termometreler alkol çok düşük sıcaklıkta donduğu için soğuk ortamlarda kullanılır; cıvalı termometreler daha geniş bir aralıkta ölçer, ama cıva zehirli olduğu için yerlerini başka termometrelere bırakmaktadır. Metal (bimetal) termometreler fırınlarda, dijital termometreler vücut sıcaklığını ölçmede, kızılötesi termometreler cisme değmeden ölçümde, pirometreler ise eritme fırınları gibi çok yüksek sıcaklıklarda kullanılır.
Üç sıcaklık ölçeği
Deniz seviyesinde suyun donma noktası Celsius ölçeğinde 0, Fahrenheit ölçeğinde 32, Kelvin ölçeğinde 273; kaynama noktası ise sırasıyla 100, 212 ve 373'tür. Donma ile kaynama arası Celsius ve Kelvin ölçeğinde 100, Fahrenheit ölçeğinde 180 eşit bölmeye ayrılmıştır. Kelvin ölçeğinin sıfırı mutlak sıfırdır ve −273 °C'ye karşılık gelir; bu yüzden Kelvin ölçeğinde negatif sıcaklık yoktur ve K değerleri derece işaretiyle yazılmaz.
Dönüşüm bağıntıları
Ölçekler arasında dönüşüm, aynı sıcaklığın donma ile kaynama arasındaki aralığın aynı oranına karşılık gelmesine dayanır: °C/100 = (°F − 32)/180 = (K − 273)/100. Buradan K = °C + 273 ve °F = 1,8·°C + 32 elde edilir. Sıcaklık değişimleri için 1 °C'lik değişim 1 K'lik, 1,8 °F'lik değişime eşittir. Donma ve kaynama noktaları verilen başka bir termometre için de aynı orantı kurulur.
Çözümlü örnekler
Örnek 1. Celsius ve Fahrenheit termometreleri hangi sıcaklıkta aynı değeri gösterir? Sıcaklığı 20 °C'den 50 °C'ye çıkan bir sıvının sıcaklık değişimi kaç K ve kaç °F olur?
Çözüm. İki değer eşitse °F = °C = t yazılır: t = 1,8·t + 32, buradan −0,8·t = 32 ve t = −40 bulunur; iki termometre −40 değerinde aynı sayıyı gösterir. Sıcaklık değişimi Celsius ölçeğinde 50 − 20 = 30 °C olur. Kelvin ölçeğinde değişim aynıdır, 30 K olur. Fahrenheit ölçeğinde ise 1,8·30 = 54 °F'lik bir değişim olur.
Örnek 2. Bir Y termometresi buzun erime noktasını 10 °Y, suyun kaynama noktasını 210 °Y olarak gösteriyor. Fahrenheit termometresinin 77 °F gösterdiği bir ortamda Y termometresi kaç °Y gösterir?
Çözüm. Önce Fahrenheit değerini Celsius değerine çeviririz: (77 − 32)/1,8 = 45/1,8 = 25 °C. Y ölçeğinde donma ile kaynama arası 210 − 10 = 200 bölmedir. (Y − 10)/200 = 25/100 orantısından Y − 10 = 50 ve Y = 60 °Y bulunur.
Örnek 3. Normal vücut sıcaklığı 37 °C olarak alınır. Bu sıcaklık Kelvin ve Fahrenheit ölçeklerinde kaçtır?
Çözüm. Kelvin değeri 37 + 273 = 310 K'dir. Fahrenheit değeri 1,8·37 + 32 = 66,6 + 32 = 98,6 °F olur. Bazı ülkelerde ateş ölçerler Fahrenheit ölçeğiyle çalıştığı için bu dönüşüm günlük hayatta da işe yarar.
Sık yapılan hatalar
- °F = 1,8·°C + 32 bağıntısında 32'yi eklemeyi unutmak.
- Sıcaklık değişimini çevirirken de 273 ya da 32 eklemek; değişim için 1 °C = 1 K = 1,8 °F eşitliği kullanılır.
- Kelvin ölçeğinde negatif sıcaklık yazmak; en düşük değer 0 K'dir.
- Su deniz seviyesinde 0 °C, 32 °F ve 273 K'de donar; 100 °C, 212 °F ve 373 K'de kaynar.
- °C/100 = (°F − 32)/180 = (K − 273)/100.
- Farklı bir ölçekte (X − donma)/(kaynama − donma) = °C/100 orantısını kur.