ما هو مقياس رانكين؟ (مع أمثلة التحويل)

مقياس رانكين هو مقياس مطلق لدرجة الحرارة الديناميكية حيث تكون جميع قيمه موجبة ، حيث يُشار إليها بالصفر المطلق ؛ أدنى درجة حرارة نظرية يمكن أن يصل إليها الجسم ، لكن من المستحيل تحقيق ذلك من الناحية التجريبية والديناميكية الحرارية.

تم اقتراحه في عام 1859 من قبل المهندس الاسكتلندي وليام جون ماك كورن رانكين (الصورة السفلية) ، بعد أحد عشر عامًا من نشر ويليام طومسون (اللورد كلفن ، 1848) مقياس درجة الحرارة المطلقة له على أساس الدرجات المئوية ودرجة مئوية.

قيمة الصفر المطلق على مقياس كلفن تبلغ -273.15 درجة مئوية. يتم الحصول على ما تبقى من درجات الحرارة من هذا المقياس بإضافة 273.15 إلى قيمة درجات الحرارة في درجة مئوية (أو أكثر المعروفة باسم درجة مئوية).

يرتبط مقياس رانكين بدرجات فهرنهايت. لذلك ، يتم التعبير عن قيمة الصفر المطلقة لهذا المقياس بالدرجات فهرنهايت. هذا هو -459.67 ºF. وبالتالي ، للحصول على درجات الحرارة الأخرى ، يكفي إضافة 459.67 إلى قيمة درجات الحرارة (° R = ° F + 459.67).

تم استخدام درجات رانكين في الأنشطة الهندسية في الولايات المتحدة وإنجلترا. ومع ذلك ، في هذه الأيام قد اختفى استخدامه عمليا.

رانكين ومقاييس درجة الحرارة الأخرى

مئوية

نشر Andrés Celsius مقياسه عام 1742 ، مشيرًا إلى درجة حرارة غليان الماء عند درجة حرارة 0 درجة مئوية ودرجة حرارة التجمد التي تصل إلى 100 درجة مئوية. لكن جان بيير كريستين (1743) وكارلوس لينيوس (1745) ، وضع مقياس درجة الحرارة في شكل معكوس ، كما هو معروف حاليا.

فهرنهايت

اقترح دانييل غابرييل فهرنهايت مقياس فهرنهايت في عام 1724. يحدد المقياس درجة حرارة 32 درجة فهرنهايت كنقطة تجمد للمياه ، ودرجة حرارة الماء المغلي 212 درجة فهرنهايت.

وأشار فهرنهايت إلى أن درجة حرارة 0 درجة فهرنهايت تمتاز بخليط من الماء والجليد وملح الأمونيوم ؛ في حين أنه مزيج من الماء والجليد ، فقد كانت درجة الحرارة 32 درجة فهرنهايت.

رانكين

عادة ما يتم التعبير عن درجات رانكين على أنها ° R أو ببساطة كوحدات R. ومع ذلك ، بالنسبة لدرجات Kelvin ، في الواقع يشار إليها عادةً باسم Kelvin فقط ، وتتم كتابة K وليس ° K.

حتى المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا يوصي بعدم استخدام رمز الدرجة عند استخدام مقياس درجة حرارة Rankine في منشورات NIST.

يتطلب نقل الحرارة عن طريق الإشعاع ، وتغير الانتروبيا ، والكفاءة الحرارية للمحرك الحراري كارنو ، ومعامل أداء مضخة الحرارة ، استخدام درجة الحرارة المطلقة في درجات رانكين عند العمل في النظام الهندسي الأمريكي .

في بعض المجالات الهندسية في الولايات المتحدة ، يقومون بقياس درجة الحرارة الديناميكية الحرارية باستخدام مقياس درجة حرارة رانكين ؛ ومع ذلك ، يتم قياس درجة الحرارة الديناميكية الحرارية في جميع أنحاء العالم العلمي باستخدام مقياس كلفن.

شامل ، لقد تم الإشارة إلى أن مقياس درجة حرارة رانكين يستخدم بشكل رئيسي بسبب علاقته بمقياس درجة حرارة فهرنهايت.

الصفر المطلق

درجات حرارة كيلفن ورانكين لها الصفر المطلق كنقطة انطلاق. لكن ما هو الصفر غير المتساوي؟

الصفر المطلق هو أدنى درجة حرارة يمكن الوصول إليها. يقال أن الطاقة الداخلية للنظام تصل إلى أدنى مستوى لها ، وتفتقر إلى جزيئات الحركة ؛ سيتم تجميد جميع الاهتزازات والتشريد.

وفقا للقانون الثالث للديناميكا الحرارية ، الصفر المطلق هو الحد لا يمكن بلوغه.

درجة الحرارة الأقرب إلى الصفر المطلق هي 5 ∙ 10-10 K فوق الصفر المطلق ، والتي تم الحصول عليها في مختبر معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في عام 2003 ، عن طريق تبريد الغاز في مجال مغناطيسي.

وليام جون ماكوورن رانكين

من كان ويليام جون ماكوورن رانكين (1820-1872)؟ كان واحداً من رواد دراسة الديناميكا الحرارية. طور نظرية كاملة عن محرك البخار والمحركات الحرارية ، وكذلك على الطاقة الحرارية.

ولد رانكين في أدنبرة ، وتلقى تعليمه في جامعة تلك المدينة. عمل كمهندس مدني ونشر مقالات حول مواضيع الهندسة العملية ، ثم في الفيزياء الجزيئية ، وكذلك في الديناميكا الحرارية.

في عام 1855 تم تعيينه رئيسًا للهندسة المدنية والميكانيكية في جامعة غلاسكو.

كتب أكثر من 150 مقالة وكتيب علمي ، بالإضافة إلى كتب لاستخدام طلابه. انتخب عضوا في الجمعية الملكية في عام 1853 وكان أول رئيس لمعهد المهندسين في اسكتلندا.

بالإضافة إلى نشاطه العلمي والأكاديمي الهائل ، كان رانكين مولعًا جدًا بالموسيقى ، سواء كان مؤدًا أو مؤلفًا. وهكذا ، ألّف أغنية بعنوان “قاعدة القدم الثلاثة” ، حيث دافع عن التقاليد البريطانية لإجراءاته التي هددها غزو النظام المئوي.

تحويل درجات حرارة مقياس رانكين

من رانكين إلى مئوية ، فهرنهايت وكلفن

درجة مئوية

[º C] = ([ºR] – 491.67) ∙ 5/9

القيمة 491.67 تساوي 459.67 (صفر مطلق من رانكين) زائد 32 درجة فهرنهايت (درجة حرارة الماء المتجمدة). و 5/9 عامل تحويل درجة مئوية إلى رانكين أو فهرنهايت. بما أنه عند مقاييس درجة الحرارة هذه ، فإن 100 درجة مئوية تساوي 180 درجة مئوية أو درجة فهرنهايت.

فهرنهايت

[ºF] = [° R] – 459.67

إلى كيلفن

[K] = [ºR] ∙ 5/9

من مئوية ، فهرنهايت وكلفن إلى رانكين.

– [ºR] = ([ºC] + 273،15) ∙ 9/5

القيمة 273.15 هي الصفر المطلق في مقياس درجة حرارة كلفن. و 9/5 عامل تحويل ، حيث أن 180 ºF أو ºR تساوي 100 درجة مئوية.

– [ºR] = [ºF] + 459.67

– [ºR] = [K] ∙ 9/5

أمثلة لمقارنة درجات الحرارة المتعددة بمقاييس مختلفة

الصفر المطلق

– كلفن 0 (بحكم التعريف).

-مئوية -273.15 درجة مئوية.

-Fahrenheit -459.67 ºF.

-Rankine 0 ºR (بحكم التعريف).

نقطة التجمد من محلول ملحي

(نقطة الصفر من مقياس فهرنهايت)

– كلفن: 255.37 ك.

-مئوية: -17.78 درجة مئوية.

فهرنهايت: 0 درجة فهرنهايت

الرانكين: 459.67 ºR.

نقطة تجمد الماء

– كيلفن: 273.15 ك.

– درجة مئوية: 0 درجة مئوية.

فهرنهايت: 32 درجة فهرنهايت.

الرانكين: 459.67 ºR.

نقطة ثلاثية من الماء

– كيلفن: 273.16 ك.

– درجة مئوية: 0.01 درجة مئوية.

فهرنهايت: 32،018 فهرنهايت.

-Rankine: 491،688 ºR.

نقطة غليان الماء

كيلفن: 373.1339 ك.

-مئوية: 99.9839 درجة مئوية.

فهرنهايت: 211.97102 فهرنهايت.

الرانكين: 671.64102 ºR.

درجة حرارة الجسم البشري

– كيلفن: 310 ك.

درجة مئوية: 37 درجة مئوية.

فهرنهايت: 98 درجة فهرنهايت

الرانكين: 558 ºR.