شغلت درجات الحرارة وطريقة قياسها تفكير العديد من العلماء قديمًا وحديثًا؛ لما تمثّله درجة الحرارة من انعكاس لنشاط جزيئات المادّة، وأيضًا لما ينعكس ذلك بطبيعة الحال على خواصّ المادّة فيزيائيًّا وكيميائيًّا؛ ممّا دفعهم إلى السعي الحثيث للوصول إلى مقياسٍ لدرجة الحرارة يكون أكثر دقّةً ومصداقيّة؛ وممّا حدا بـ دانيال غابرييل فهرنهايت إلى توسيع مدى المقياس المئويّ، وكذلك ما دفع السير وليام طومسون كلڤن إلى النزول بدرجة الصفر سيليزيّة 273.15 درجة، والتحويل من فهرنهايت إلى كلڤن هو موضوع مقالنا هذا، فتابعونا.
مقياس الفهرنهايت Fahrenheit
كان جهاز المقياس الزئبقيّ لقياس وتقنين درجة الحرارة ابتكارًا رائعًا؛ لما يتمتّع به عنصر الزئبق من خواصٍّ فيزيائيّةٍ نادرة، أهمّها التمدّد بانتظامٍ يتناسب مع مقدار الزيادة في درجة الحرارة، ولكن كانت المشكلة تتمثّل في اختيار نقطة الصفر تدريج، وكذلك تحديد المدى الذي سوف يتمّ تجزئته إلى درجاتٍ قياسيّة.
فكلّما كان المدى أوسع، كلّما كانت الفرصة لتحديد درجة الحرارة بدقّةٍ أفضل، وهذا ما فعله فهرنهايت؛ فاتّخذ من نقطة ذوبان الجليد الدرجة 32 فهرنهايت، ودرجة غليان الماء 212 درجة، بحيث أنّ الدرجة -40 سليزيوس تقابل الدرجة 40 فهرنهايت، وهذا ما سوف نتعرّف عليه لاحقًا من خلال الأمثلة التطبيقيّة. وبالتالي فإنّ واحد درجة فهرنهايت تعني: “مقدار درجة الحرارة التي ترفع حجم من الماء مقداره واحد سنتيمتر مكعّب، درجة واحدة على مقياس فهرنهايت، أو 0.55 درجة سيليزيّة”.
مقياس الكلڤن Kelvin
اعتمد اللورد كلڤن على النشاط الحراريّ للمادّة الناتج عن حركة جزيئاتها، بصرف النظر عن المفاهيم العلميّة التي كانت سائدةً وقتئذٍ في وضع المقاييس الحراريّة، من الاعتماد على درجة تجمّد الماء، ودرجة غليانه، فقام بتحديد درجة توقّف النشاط الحراريّ للمادّة، واتّخاذه كنقطة صفريّة لبداية تدريجه. فكانت الدرجة -273.15 سليزيوس، وذلك دون تغيير لمدى الدرجة السيليزيّة، وما تشير إليه من كميّة حراريّة؛ وبالتالي فإنّ الدرجة كلڤن تعني: “مقدار كميّة الحرارة التي ترفع درجة حرارة الماء درجة واحدة مئويّة”.
التحويل من فهرنهايت إلى كلڤن
في كثيرٍ من الأحيان نجد أنفسنا في حيرة من أمرنا، عندما نكون في مواجهة بعض الأجهزة الحراريّة المستوردة، وخاصّةً ذات المنشأ الأوروبيّ، التي غالبًا ما تكون مبرمجة على المقياس الفهرنهايتيّ، ونريد درجة حرارة البيئة على مقياس كلڤن، وخاصّةً داخل المعامل الطبيّة، واستخدام التكنولوجيا الحراريّة، وصناعة الأدوية، ومعامل حفظ الأجنّة، وغيرها؛ ممّا نضطر معه إلى ضبطها على درجة الحرارة التي نرغبها، وذلك يتمّ من خلال المعادلة الآتية:
- مثال: قم بتحويل مقياس درجة الحرارة من 80.33 فهرنهايت الى كلفن.
- الحل: يوجد لدينا طريقتين للحل الأول وهي التطبيق المباشر في المعادلة ثم حسابها باستخدام الالة الحاسبة مباشرة. درجة الحرارة بالكلفن = ((80.33 – 32) ÷ 1.8) + 273.15 = 300 كلفن
أمثلة على تحويل الفهرنهايت الى كلفن
- مثال 1: كم تساوي الدرجة 27 فهرنهايت بدرجة الكلڤن؟
- الحلّ: الدرجة الكلڤن = (27 + 459.67) × 5/9 = 270.37 k°.
- مثال 2: كم تساوي الدرجة 45 فهرنهايت بدرجة الكلڤن؟
- الحلّ: الدرجة بالكلڤن = (40 + 459.67) × 5/9 = 277.59 k°.
- مثال 3: الدرجة 32 فهرنهايت كم تساوي بدرجة الكلڤن؟
- الحلّ: الدرجة بالكلفن = (32 + 459.67) × 5/9 = 273.15 k°.
ملحوظة: في المثال السابق لاحظ أن الدرجة 32 فهرنهايت تعادل الدرجة صفر مئويّ، والدرجة 273.67 هي الصفر كلڤن:
إذًا C° = 32 F° = 273.15°K.
استخدام كلڤن وفهرنهايت
يشيع استخدام مقياس كلڤن في الأوساط العلميّة لأنّه لا يعبّر عن درجة الحرارة فحسب، بل لأنّه يعبّر عن حالة نشاط المادة أيضًا، ولكنّ مقياس فهرنهايت بالرغم من أنّه يعكس درجة الحرارة بدقّة، إلّا أنّه لا يشير بشكلٍ مباشر إلى حالة نشاط المادّة من خلال الانبعاث الحراريّ كما يفعل مقياس كلڤن، ويشيع استخدامه في الولايات المتّحدة الأمريكية، وبعض الدول الأوروبيّة، ولكلٍّ منهما فائدته في التعبير عن درجة الحرارة بدقّة.