درجة الحرارة
مفهوم درجة الحرارة
في الفيزياء درجة الحرارة هي مقياس لسخونة أو برودة جسمٍ ما أو مادةٍ ما نسبةً إلى مرجعٍ يحدد حسب نظام درجات الحرارة المستخدم في القياس. وتكون درجة الحرارة في نظامين متساوية عندما يصلان إلى حالة من الاتزان الحراري.[1]
أيضاً يمكن القول إن درجة الحرارة هي قياس لمتوسط الطاقة الحرارية في مادةٍ ما، فعلى سبيل المثال لو أحضرنا حاويةً تحتوي على غازٍ ما، فسنجد أن متوسط الطاقة الحركية- والتي تولد الطاقة الحرارية بدورها- لهذا الغاز تساوي مقداراً معيناً، ولكن لو قمنا بقياس سرعة كل جزيء بشكل منفصل فسنلاحظ أن هذه الجزيئات منها السريع (أي يمتلك طاقة حركية أعلى) ومنها البطيء (أي يمتلك طاقة حركية قليلة). لهذا، وبما أن درجة الحرارة هي مقياس لمتوسط الطاقة الحرارية فهذا يعني أن درجة الحرارة لن تعتمد على عدد الجزيئات أو حجمها.[2]
وحدة قياس درجة الحرارة
يوجد العديد من الوحدات التي من الممكن استخدامها لقياس درجة الحرارة، ولكل واحدة من هذه الوحدات خصائص، وقواعد، وطريقة خاصة في الاستنباط، وتعتمد على مراجع مختلفة لتعريف درجة الحرارة، كما أن لكل واحدةٍ استخداماتها في أماكن مختلفة رغم أن جميعها يصلح لجميع الأماكن، إلا أن العرف هو الذي قرر أماكن استخدامها. ويوجد أربع وحدات مستخدمة لقياس درجات الحرارة وهي:[3]
- كلفن (بالإنجليزية: Kelvin): وعند استخدام هذه الوحدة تكون نقطة تجمد الماء عند درجة حرارة 273.15 كلفن، ونقطة غليان الماء هي 373.15 كلفن.
- سيلسيوس (بالإنجليزية: Celsius): وتكون درجة تجمد الماء عند استخدام هذا النظام هي 0 سيلسيوس، بينما تكون درجة غليان الماء هي 100 سيلسيوس.
- فهرنهايت (بالإنجليزية: Fahrenheit): وعند استخدام هذا النظام تكون درجة الحرارة التي يتجمد عندها الماء هي 32 فهرنهايت، بينما يغلي الماء في هذا النظام عند درجة حرارة 212 فهرنهايت.
- رانكن (بالإنجليزية: Rankine): وهذا النظام هو الأقل شهرةً. وتكون درجة تجمد الماء في هذا النظام عند درجة حرارة 492 رانكن، بينما تكون درجة الحرارة التي يغلي عندها الماء في هذا النظام هي 672 رانكن.
التحويل من فهرنهايت إلى سيليسيوس
يمكن التحويل بين جميع الأنظمة المذكورة سابقاً عبر العديد من العلاقات، وعند التحويل بين وحدة السيلسيوس ووحدة الفهرنهايت نستخدم أحد القانونين الآتيين:[4]
- درجة الحرارة بالسلسيوس= ( درجة الحرارة بالفهرنهايت - 32) / 1.8
- درجة الحرارة بالفهرنهايت = درجة الحرارة بالسيلسيوس × 1.8 + 32
التحويل بين الوحدات المختلفة
- درجة الحرارة بالسيلسيوس = درجة الحرارة بالكلفن - 273.15
- درجة الحرارة بالرانكن = 5/9 × درجة الحرارة بالكلفن
- درجة الحرارة بالفهرنهايت = درجة الحرارة بالرانكن - 459.67
الأمثلة
- مثال (1): أُصيب طفلٌ بمرضٍ ما أدّى إلى ارتفاع درجة حرارته، وأراد والد الطفل التأكد من ارتفاع حرارة الطفل، فقام باحضار ميزان الحرارة الطبي الموجود في المنزل، والذي لم يستخدمه مسبقاً. بعدما قاس درجة حرارة طفله وجدها 104، على الرغم من أنه يعلم أن درجة حرارة الإنسان الطبيعي هي قرابة 37.5 سيلسيوس، ولو كانت درجة الحرارة 104 سيلسيوس لمات الطفل، لكن الأب تنبّه إلى أن الميزان يقيس درجة الحرارة بالفهرنهايت. السؤال الآن، هل درجة حرارة الطفل مرتفعة حقاً؟
- مثال (2): حصل أحد الطلاب على منحةٍ للحصول على درجة الدكتوراه في الفيزياء في جامعة ستانفورد في أميركا، فحزم أمتعته، وذهب بالطائرة، وبينما هو بالطائرة أراد معرفة درجة الحرارة خارج الطائرة، فوجد ميزان الحرارة الرقمي الموجود في الطائرة يعطي أن درجة الحرارة خارج الطائرة هي -40 فهرنهايت، ويعطيها بالسيلسيوس لتكون أيضاً -40 سيلسيوس، فشك الطالب بوجود خطأٍ في ميزان الحرارة فأحضر ورقة وقلماً وبدأ بالتحويل. السؤال الآن: هل يوجد عطل في ميزان الحرارة؟
- مثال (3): في أحد أيام الصيف وصلت درجة الحرارة إلى 50 سيلسيوس في إحدى المناطق، كم درجة الحرارة في تلك المنطقة في نفس الوقت بوحدة الفهرنهايت؟
المراجع
- ↑ "temperature", www.dictionary.com, Retrieved 24-2-2018. Edited.
- ↑ " What is Temperature?", coolcosmos.ipac.caltech.edu, Retrieved 24-2-2018. Edited.
- ^ أ ب F. W. Sears and G. L. Salinger (1986), Thermodynamics, Kinetic Theory, and Statistical Thermoddynamics, USA: Addison-Wesley, Page 13,14, Part 3rd. Edited.
- ↑ "How to convert Celsius to Fahrenhei", www.rapidtables.com, Retrieved 24-2-2018. Edited.