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Sie machen uns einen Streich, richtig? Einige der anderen Personen, die antworten, werden Ihnen 212 F sagen. Das ist nur wahr, wenn der atmosphärische Druck 1 ATM beträgt, etwa auf Meereshöhe. Erhöhen Sie den Umgebungsdruck, der Siedepunkt steigt, so funktioniert ein Schnellkochtopf. Verringern Sie den Druck und senken Sie den Siedepunkt. So funktioniert ein Verdampfer (Süßwasserproduzent eines Marineschiffs). Hier sind einige Taschenrechner, aber Google, um mehr zu erfahren:
Wasser – Siedepunkte bei hohem Druck
Wassersiedepunkte bei Vakuumdruck
Antwort
„ Wenn die Celsius- und Kelvin-Temperaturskalen auf natürlichen Phänomenen wie dem Gefrier- und Siedepunkt von Wasser und dem absoluten Nullpunkt basieren, was ist die logische Grundlage für die Fahrenheit-Skala? ”
Zunächst einmal: Ihre Aussage ist ab dem 20.05.2019 nicht mehr wahr, als SI als Einheitensystem überarbeitet wurde, einschließlich einer Neudefinition des Kelvins zusammen mit drei anderen Einheiten und einer wesentlichen Änderung der zugrunde liegenden Philosophie. Die Kelvin-Skala wird nun als Boltzmann-Konstante definiert und hat nichts mit Fixpunkten zu tun.
Bei der Celsius-Skala geht das Abfallen der direkten Bindung an Fixpunkte auf 1954 zurück (und die planen dies bis 1948), als die Celsius-Skala als die Skala definiert wurde, die einen Versatz von 273,15 gegenüber der Kelvin-Skala aufweist. Diese Beziehung hat sich auch mit der Änderung der Kelvin-Skala im Jahr 2019 nicht geändert. Diese definierte Beziehung bedeutet, dass sich die Celsius-Skala automatisch und implizit entsprechend ändert, wenn sich die Definition der Kelvin-Skala ändert. Von 1954 bis 2019 konnten wir also aus der Definition der Celsius-Skala zusammen mit der Definition der Kelvin-Skala in diesem Zeitraum ableiten, dass der absolute Nullpunkt genau bei –273,15 ° C und der Tripelpunkt von reinem Wasser bei genau +0,01 ° lag C (weil die Kelvin-Skala bei genau 0 K einen absoluten Nullpunkt und bei genau 273,16 K den Tripelpunkt von reinem Wasser hatte, wobei die als Versatz definierte Celsius-Skala genau 273,15 niedriger war). Beachten Sie, dass dort nichts über den Schmelzpunkt von Eis (was Sie weniger wünschenswert als den Gefrierpunkt von Wasser bezeichnen) oder den Siedepunkt von Wasser bei normalem atmosphärischem Druck war. Die Celsius-Skala, wie wir sie heute verstehen und verwenden, entstand 1948 und hatte nie etwas mit dem Schmelzpunkt von Eis und dem Siedepunkt von Wasser zu tun, noch hatte sie etwas mit einem 100-Grad-Intervall zu tun – wenn Sie glauben, dass dies der Fall ist oder haben Sie fälschlicherweise die Celsius-Skala mit der alten Celsius-Skala verwechselt, die veraltet und durch diese Celsius-Skala ersetzt wurde? Entgegen der landläufigen Meinung ist und war die Celsius-Skala weder eine Umbenennung der Celsius-Skala, noch war sie dieselbe wie die Skala von Anders Celsius, was aufgrund der Ähnlichkeit in der Nomenklatur verwirrend ist, aber die aktuelle Skala war benannt zu seinen Ehren für seine Forschungsarbeiten zur Messung der Temperatur und des Einflusses von Luftdruckänderungen auf den Schmelzpunkt von Eis und den Siedepunkt von Wasser. Verstehen Sie jetzt nicht falsch, was ich geschrieben habe. Es bestand jedoch die Notwendigkeit, die Philosophie der „metrischen“ Temperaturmessung zu ändern und die gemeinsame, allgemein öffentliche Skala und eine absolute, thermodynamische Temperaturskala eng und streng miteinander zu verbinden, und gleichzeitig die Verwendung des Namens einzustellen Celsius-Skala aus mehreren guten Gründen, wobei beide Bedürfnisse 1948 gemeinsam angesprochen wurden, wurden die Änderungen nicht unbekümmert vorgenommen, ohne die Beziehung zwischen den beiden Skalen zu berücksichtigen. Es bestand der Wunsch, die Temperaturwerte auf der neuen Celsius-Skala nach Möglichkeit identisch zu machen. Die Verzögerung von 6 Jahren bis 1954, um die Definitionen der neuen Kelvin- und Celsius-Skalen abzuschließen, sollte mehr Zeit für eine bessere experimentelle Untersuchung des Temperaturwerts des absoluten Nullpunkts auf der alten Celsius-Skala lassen Natürlich erkannten alle Beteiligten, dass bei einer zukünftigen Verbesserung der Messtechnik letztendlich Abweichungen zwischen der Celsius- und der Celsius-Skala festgestellt werden würden. was tatsächlich passiert ist.
Auch hier war die Anwendbarkeit von Fixpunkten für die Celsius-Skala in den Jahren 1954-2019 indirekt durch Ableitung aus den Definitionen der kombinierten Celsius- und Kelvin-Skalen, nicht direkt aufgrund der Definition der Celsius-Skala für sich. Aufgrund der Definition der Celsius-Skala als von der Kelvin-Skala abgeleitet, führte die Änderung der Definition der Kelvin-Skala auf die Boltzmann-Konstante im Jahr 2019 automatisch dazu, dass die Celsius-Skala auf der Boltzmann-Konstante und nicht auf einer festen basiert Punkte – ohne Änderung der Definition der Celsius-Skala.
Zu Ihrem endgültigen Ziel, der Fahrenheit-Skala: Gabriel Fahrenheit durchlief in den 1720er Jahren mehrere Iterationen hinsichtlich der Definition seiner Temperaturskala (seine war die erste Temperaturskala) – des Schmelzpunkts eines bestimmten Eises Salzlösung, Schmelzpunkt von reinem Wassereis, Körpertemperatur des Menschen, … Aufgrund seiner Arbeit entschieden sich die Menschen für 32 als Schmelzpunkt von Eis und 212 für den Siedepunkt von Wasser als bevorzugte Fixpunkte. Diese scheinbar merkwürdigen Zahlen scheinen sich aus Messungen ergeben zu haben, die auf 0 für den Schmelzpunkt des Soleneises (mit dem Wunsch, die Notwendigkeit negativer Temperaturwerte in typischen deutschen Wintern zu vermeiden) und 96 für die Körpertemperatur des Menschen basieren, was auch immer dies tatsächlich bedeutete ihm; Die Verwendung von Fixpunkten auf der Basis von reinem Wasser gefiel den Menschen besser, was auf seiner Skala auf 32 und 212 geschätzt wurde und zu den genau definierenden Punkten auf der Skala wurde. Die Menschen betrachteten den 180-Grad-Unterschied zwischen den beiden Fixpunkten als vernünftig, um durch die Primzahlen 2, 3 und 5 teilbar zu sein, und waren dreimal so viele Minuten in einer Stunde und halb so viele Grad in einem Kreis. All dies war ungefähr 70 Jahre vor dem metrischen System, daher gab es keinen Fokus auf Potenzen von 10.
Als die Skala von Anders Celsius in den 1740er Jahren optimiert und festgelegt wurde, wurde 0 als Schmelzpunkt von festgelegt Eis und 100 am Siedepunkt von Wasser bei einem bestimmten Nenndruck (Celsius selbst hatte die Fixpunkte umgekehrt, damit die Menschen in schwedischen Wintern nicht mit negativen Werten umgehen müssen); Aufgrund des 100-Grad-Abstands zwischen den Fixpunkten wurde diese Skala allgemein als Celsius-Skala bezeichnet (vom Lateinischen für 100 Grad). Die gleichen Phänomene wie Fixpunkte zu haben, macht es einfach, eine genaue Formel für zwei Skalen zu erstellen. Hier hatten wir: 0 ° C = 32 ° F für den Schmelzpunkt von Eis; 100 ° C = 212 ° F für den Siedepunkt von Wasser
Da beide Skalen linear sind, haben wir zwei Punkte, die eine eindeutige lineare Beziehung zwischen den beiden Skalen definieren:
F = 1,8 c + 32,
wobei F der numerische Wert von ist Die Temperatur auf der Fahrenheit-Skala und c ist der numerische Wert auf der Celsius-Skala.
Wenn die Celsius-Skala die Celsius-Skala ersetzte, war dies dasselbe Die Formel für die Umrechnung zwischen Celsius und Fahrenheit wurde beibehalten, unter der Annahme, dass die Unterschiede zwischen der Celsius- und der Celsius-Skala vernachlässigbar wären. Diese Entscheidung hatte zur Folge, dass die Fahrenheit-Skala in Bezug auf die Fixpunkte für Celsius, dh den absoluten Nullpunkt und den Tripelpunkt des Wassers, effektiv definiert wurde:
0 K = –273,15 ° C = –459,67 ° F für absoluten Nullpunkt; 273,16 K = 0,01 ° C = 32,018 ° F für den Tripelpunkt von Wasser. Dies ist seit 1954 der Fall, obwohl über 66 Jahre später Es gibt immer noch Leute, die glauben, dass die Fahrenheit-Skala basierend auf 32 für den Schmelzpunkt von Eis und 212 für den Siedepunkt von Wasser [bei normalem atmosphärischem Druck] definiert ist. Das mag nach negativer Kritik klingen (und ich beabsichtige es tatsächlich als Kritik am Bildungssystem in den USA, die Dinge nicht so zu erzählen, wie sie wirklich sind), aber es ist nicht schlimmer als die allgemein verbreitete parallele Überzeugung, dass die Celsius-Skala basierend definiert ist auf 0 für den Schmelzpunkt von Eis und 100 für den Siedepunkt von Wasser [bei normalem atmosphärischem Druck], was für dieselbe Zeit ebenfalls falsch war.
Das in den USA übliche System von Maßeinheiten ist viel weniger formal definiert als das metrische System (jetzt SI), so dass es schwierig sein kann, den Verlauf der tatsächlichen Definitionen zu verfolgen. Dies gilt für die Definition der Fahrenheit-Skala. Irgendwann vor einigen Jahrzehnten wandelte sich die Definition der Fahrenheit-Skala jedoch von Fixpunkten (wie der alten Celsius-Skala) zu einer Definition der Celsius-Skala in Form der obigen Formel mit c (z Celsius-Temperaturwert) ersetzt durch C (für Celsius-Temperaturwert), so wie die Celsius-Skala seit 1954 in Bezug auf die Kelvin-Skala definiert wurde.
Wenn sich also die Definition der Kelvin-Skala ändert, als 2019 erbt die Celsius-Skala implizit parallele Änderungen, was wiederum bedeutet, dass die Fahrenheit-Skala implizit parallele Änderungen erbt. Mit der Änderung der Definition der Kelvin-Skala im Jahr 2019 von der Festlegung auf Fixpunkten hin zur Definition eines Wertes der Boltzmann-Konstante änderten sich sowohl die Celsius- als auch die Fahrenheit-Skala von [indirekt] auf Festpunkten zu basierend auf der Boltzmann-Konstante.
Daher müssen Lehrer und Schüler die seltsamen Fixpunktwerte nicht herausfinden und verstehen, was sie von 1954 bis 2019 ohnehin nie getan haben. Es ist in Ordnung, den Schülern einen Bezugsrahmen zu geben, um zu sagen, dass der Schmelzpunkt von Eis sehr nahe bei 0 ° C und 32 ° F liegt, während der Siedepunkt von Wasser sehr nahe bei 100 ° C und 212 ° F liegt Behaupten Sie nicht, dass diese Skalen tatsächlich so definiert sind, oder implizieren Sie, dass diese Werte genau sind, da beide seit 1954 nicht mehr zutreffen.