Qual è il punto di ebollizione dellacqua in Fahrenheit?

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Ci stai prendendo in giro, vero? Alcune delle altre persone che rispondono ti diranno 212 F. Questo è vero solo quando la pressione atmosferica è di 1 ATM, diciamo a livello del mare. Aumenta la pressione ambiente, il punto di ebollizione aumenta, ecco come funziona una pentola a pressione. Diminuisci la pressione e il punto di ebollizione si abbassa, ecco come funziona un evaporatore (produttore di acqua dolce di una nave della marina). Ecco alcune calcolatrici, ma Google per saperne di più:

Acqua – Punti di ebollizione ad alta pressione

Acqua – Punti di ebollizione al vuoto

Risposta

Se le scale di temperatura Celsius e Kelvin si basano su fenomeni naturali come i punti di congelamento e di ebollizione dellacqua e lo zero assoluto, qual è la base logica per la scala Fahrenheit?

Prima di tutto, la tua affermazione non è più vera a partire dal 2019-05-20, quando il SI come sistema di unità è stato rinnovato, inclusa una ridefinizione del kelvin insieme ad altre tre unità e un cambiamento sostanziale nella filosofia sottostante. La scala Kelvin è ora definita in termini di costante di Boltzmann e non ha nulla a che fare con i punti fissi.

Per la scala Celsius, labbassamento del legame diretto ai punti fissi risale al 1954 (e il prevede di farlo nel 1948), quando la scala Celsius era definita come la scala che è un offset di 273,15 dalla scala Kelvin. Quella relazione non è cambiata, anche con il cambio della scala Kelvin del 2019. Questa relazione definita significa che ogni volta che la definizione della scala Kelvin cambia, la scala Celsius cambia automaticamente e implicitamente di conseguenza. Quindi, dal 1954 al 2019 potremmo derivare dalla definizione della scala Celsius insieme alla definizione della scala Kelvin durante quel lasso di tempo che lo zero assoluto era esattamente a -273,15 ° C e il punto triplo dellacqua pura era esattamente +0,01 ° C (perché la scala Kelvin aveva lo zero assoluto esattamente a 0 K e il punto triplo dellacqua pura esattamente a 273,16 K, con la scala Celsius definita come offset esattamente 273,15 inferiore). Nota che non cera nulla riguardo al punto di fusione del ghiaccio (quello che chiami, meno desiderabilmente, il punto di congelamento dellacqua) né al punto di ebollizione dellacqua alla pressione atmosferica standard. La scala Celsius come la intendiamo e la usiamo oggi, è nata nel 1948 e non ha mai avuto nulla a che fare con il punto di fusione del ghiaccio e il punto di ebollizione dellacqua, né ha avuto nulla a che fare con un intervallo di 100 gradi, se pensi che lo faccia oppure, hai erroneamente confuso la scala Celsius con la vecchia scala centigrado, che è stata deprecata e sostituita da questa scala Celsius. Contrariamente allopinione popolare, la scala Celsius non è, e non era, semplicemente una ridenominazione della scala centigrado, né era la stessa della scala di Anders Celsius, che è fonte di confusione a causa della somiglianza nella nomenclatura, ma la scala corrente era chiamato in suo onore per il suo lavoro di ricerca sulla misurazione della temperatura e limpatto delle variazioni di pressione dellaria sul punto di fusione del ghiaccio e sul punto di ebollizione dellacqua. Ora, non fraintendere ciò che ho scritto. Sebbene ci fosse la necessità di cambiare la filosofia della misurazione “metrica” ​​della temperatura e di accoppiare strettamente e rigorosamente la scala comune, generale-pubblica e una scala termodinamica assoluta della temperatura e, contemporaneamente, la necessità di smettere di usare il nome scala centigrado per molteplici buone ragioni, con entrambe le esigenze affrontate insieme nel 1948, le modifiche non sono state fatte in modo disinvolto senza preoccuparsi della relazione tra le due scale. Cera il desiderio di rendere identici i valori di temperatura sulla nuova scala Celsius, se possibile, ai valori della vecchia scala centigrado. Il ritardo di 6 anni fino al 1954 per finalizzare le definizioni delle nuove scale Kelvin e Celsius era di consentire più tempo per una migliore ricerca sperimentale sul valore della temperatura dello zero assoluto sulla vecchia scala centigrado. Naturalmente, tutte le parti coinvolte si sono rese conto che quando la tecnologia di misurazione fosse migliorata abbastanza in futuro, alla fine sarebbero state rilevate deviazioni tra le scale centigradi e Celsius, che è effettivamente accaduto.

Anche in questo caso, lapplicabilità dei punti fissi per la scala Celsius nel 1954-2019 è stata indiretta per derivazione dalle definizioni delle scale Celsius e Kelvin combinate, non direttamente a causa della definizione della scala Scala Celsius da sola. A causa della definizione della scala Celsius come derivata dalla scala Kelvin, il cambiamento del 2019 nella definizione della scala Kelvin per essere basata sulla costante di Boltzmann ha causato automaticamente che la scala Celsius fosse basata sulla costante di Boltzmann e non su alcuna punti – senza alcuna modifica alla definizione della scala Celsius.

Infine, per raggiungere il tuo obiettivo finale, la scala Fahrenheit: Gabriel Fahrenheit ha attraversato diverse iterazioni nel 1720 riguardo a come definire la sua scala di temperatura (la sua era la prima scala di temperatura): punto di fusione del ghiaccio di un certo soluzione salina, punto di fusione del ghiaccio dacqua pura, temperatura del corpo umano, … Sulla base del suo lavoro, le persone hanno scelto 32 per il punto di fusione del ghiaccio e 212 per il punto di ebollizione dellacqua come punti fissi preferiti. Questi numeri apparentemente strani sembrano essere il risultato di misurazioni basate su 0 per il punto di fusione della salamoia (con il desiderio di evitare la necessità di valori di temperatura negativi nei tipici inverni tedeschi) e 96 per la temperatura del corpo umano, qualunque cosa ciò significasse effettivamente per lui; alla gente piaceva di più luso di punti fissi basati sullacqua pura, che finivano per stimare 32 e 212 sulla sua scala e diventare i punti di definizione esatti sulla scala. La gente considerava ragionevole la differenza di 180 gradi tra i due punti fissi in quanto divisibile per i numeri primi 2, 3 e 5, ed era 3 volte il numero di minuti in unora e metà del numero di gradi in un cerchio. Tutto ciò avveniva circa 70 anni prima del sistema metrico, quindi non ci si concentrava sulle potenze di 10.

Quando la scala di Anders Celsius fu modificata e stabilita negli anni 1740, 0 fu impostato come punto di fusione di ghiaccio e 100 al punto di ebollizione dellacqua a una certa pressione nominale (lo stesso Celsius aveva invertito i punti fissi in modo che le persone non dovessero avere a che fare con valori negativi negli inverni svedesi); a causa della separazione di 100 gradi tra i punti fissi, questa scala divenne comunemente indicata come scala centigrado (dal latino per 100 gradi). Avere gli stessi fenomeni come punti fissi rende facile stabilire una formula esatta che collega due scale. Qui abbiamo avuto:

0 ° c = 32 ° F per il punto di fusione del ghiaccio;

100 ° c = 212 ° F per il punto di ebollizione dellacqua.

Poiché entrambe le scale sono lineari, abbiamo due punti che definiscono una relazione lineare univoca tra le due scale:

F = 1.8 c + 32,

dove F è il valore numerico del temperatura sulla scala Fahrenheit e c è il valore numerico sulla scala centigrado.

Quando la scala Celsius ha sostituito la scala centigrado, lo stesso la formula è stata mantenuta per la conversione tra Celsius e Fahrenheit, assumendo che le differenze tra le scale centigradi e Celsius sarebbero trascurabili. Tale decisione ha avuto come conseguenza la definizione effettiva della scala Fahrenheit in termini di punti fissi per Celsius, ovvero zero assoluto e punto triplo dellacqua:

0 K = −273,15 ° C = −459,67 ° F per zero assoluto;

273,16 K = 0,01 ° C = 32,018 ° F per il punto triplo dellacqua.

Questo è stato il caso dal 1954, anche se oltre 66 anni dopo ci sono ancora persone che credono che la scala Fahrenheit sia definita sulla base di 32 per il punto di fusione del ghiaccio e 212 per il punto di ebollizione dellacqua [alla pressione atmosferica standard]. Potrebbe sembrare una critica negativa (e in effetti la intendo come una critica al sistema educativo negli Stati Uniti per non dire le cose per come sono realmente), ma non è peggio della convinzione parallela comunemente sostenuta che la scala Celsius sia definita basata su 0 per il punto di fusione del ghiaccio e 100 per il punto di ebollizione dellacqua [alla pressione atmosferica standard], che è stato similmente falso per lo stesso periodo di tempo.

Il sistema di unità di misura consueto degli Stati Uniti è definito in modo molto meno formale rispetto al sistema metrico (ora SI), quindi può essere difficile tracciare la storia delle definizioni effettive. Questo è vero per quanto riguarda la definizione della scala Fahrenheit. Tuttavia, da qualche parte lungo la strada alcuni decenni fa, la definizione della scala Fahrenheit si è trasformata dallessere in termini di punti fissi (come la vecchia scala centigrado) allessere definita in termini di scala Celsius in termini della formula sopra con c (per valore di temperatura centigrado) sostituito da C (per valore di temperatura Celsius), proprio come la scala Celsius è stata definita in termini di scala Kelvin dal 1954.

Pertanto, ogni volta che la definizione della scala Kelvin cambia, come nel 2019, la scala Celsius eredita implicitamente i cambiamenti paralleli, il che, a sua volta, significa che la scala Fahrenheit eredita implicitamente i cambiamenti paralleli. Pertanto, con il cambiamento del 2019 della definizione della scala Kelvin dallessere basata su punti fissi allessere in termini di un valore di definizione della costante di Boltzmann, entrambe le scale Celsius e Fahrenheit sono cambiate dallessere basate [indirettamente] su punti fissi allessere basato sulla costante di Boltzmann.

Pertanto, gli insegnanti e gli studenti non hanno bisogno di capire e comprendere i valori dei punti fissi stravaganti, cosa che non hanno mai fatto comunque dal 1954 al 2019; va bene fornire un quadro di riferimento per gli studenti per dire che il punto di fusione del ghiaccio è molto vicino a 0 ° C e 32 ° F mentre il punto di ebollizione dellacqua è molto vicino a 100 ° C e 212 ° F, ma non affermare che queste scale siano effettivamente definite in questo modo o implicare che questi valori siano esatti, perché nessuno dei due è stato vero dal 1954.

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