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熱物理学

温度と温度目盛り

同じ温度をセルシウス・ケルビン・華氏の三目盛りで読み、換算式 T(K)=t+273,15T(\mathrm K)=t+273{,}15 と tF=95t+32t_F=\tfrac95 t+32 を検証します。セルシウスのスライダーで凝固点・沸点の目印と 0 °C 以下の領域を見ます。

中学校

器具

  • 並べた三本の仮想温度計（℃ / K / °F）
  • セルシウス温度スライダー（−100〜150 °C）
  • 換算読み出し T = t + 273,15 K と °F
  • 目盛り上の 0 °C・100 °C の二固定点

手順

  1. 一つの温度を三目盛りで読む

    スライダーを 20 °C にすると読み出しは T=293,15T=293{,}15 K、tF=68,0t_F=68{,}0 °F。K と °C の目盛り幅は同じで起点が違います。ケルビンは絶対零度から始まります。

  2. 固定点を確認する

    0 °C と 100 °C（約1気圧での水の凝固点と沸点）に合わせます。273,15 K / 32 °F と 373,15 K / 212 °F を読みます。摂氏100度の幅は華氏180度に等しいので係数は 9/59/5 です。

  3. 0 °C 以下の領域を調べ予測

    スライダーを −40 °C に下げます。ここは C と F が一致する点（tF=tt_F=t）です。−100 °C まで行くと T = 173,15 K と読めます。ケルビンに負はありません。tF=95(−20)+32=−4t_F=\tfrac95(-20)+32=-4 °F で −20 °C の華氏を予測し確認します。

シミュレーション

実験の歴史

ダニエル・ガブリエル・ファーレンハイトは1714年に水銀温度計を標準化し、当時の実用的な定点で目盛りを定めました。アンデルス・セルシウスは1742年に「百度」目盛りを提案しました。当初は逆（沸点=0、氷点=100）で、没後おそらくリンネによって現在の形に反転されました。 1848年ウィリアム・トムソン（ケルビン卿）は、カルノーの原理から測温物質に依存しない絶対温度目盛りが存在すると論じ、その零点は理想熱機関が最大効率に達する点です。国際ケルビン目盛りは1954年から水の三重点を定点とし、2019年以降ケルビンはボルツマン定数で定義されます。

関連する物理学者

ウィリアム・トムソン(ケルヴィン卿)James Prescott Jouleサディ・カルノー

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