قم باستخدام المحول الآلي بالأعلى للقيام بعملية تحويل درجة الحرارة من الكلفن إلى سلسيوس بكل سهولة ودقة. تعتبر الحرارة من أهمّ الدلالات القطعيّة على نشاط المادّة، سواء كانت تلك المادّة حيّة أو غير حيّة، وربّما يستغرب البعض من اتّخاذ الحرارة معيارًا هامًّا لنشاط المادّة غير الحيّة، على اعتبار أنّ المادّة غير الحيّة مجرّد جمادات ساكنة لا حياة فيها، فلا مجال للقول بنشاطها، أو القول بأنّها تنبعث منها حرارة، والحقيقة على غير ذلك؛ فإنّ هناك كميّة من الحرارة تنبعث من المواد حتّى وهي في درجة التجمّد، وهو ما فطن إليه اللورد الفيزيائيّ كلڤن؛ ولذلك وضع مقياسًا جديدًا لدرجات الحرارة غير درجات سلسيوس، وتحويل من كلڤن إلى سلسيوس هو موضوع مقالنا، فتابعونا.
تعريف الحرارة
عندما نبذل جهدًا، أو نقوم بفرك مادّتين ببعضهما البعض، فإنّنا نشعر بالحرارة، فالحرارة في الحالة الأولى ما هي إلا ناتج للتمثيل الغذائيّ أثناء ممارستنا للنشاط البدنيّ، وفي الحالة الثانية فإنّ الحرارة المترافقة مع فرك المواد ما هي إلّا تحويل للطاقة الحركيّة بالاحتكاك إلى حرارة.
ويمكن تعريف الحرارة بأنّها: “شكلٌ من أشكال الطاقة والتي يمكن تحويلها من صورةٍ لأخرى، ويمكن قياسها”، وهي تعبّر عن مدى سخونة أو برودة جسم، وهي تنتقل من الوسط الأعلى حرارةً إلى الوسط الأقلّ، فعندما نلمس جسمًا يكون أقلّ من درجة حرارتنا نشعر كما لو أنّه باردٌ، وهذا ما لاحظه كلڤن، وقام بعمل مقياسه المعروف باسمه، كما سنرى بعد.
تعريف سلسيوس
لاحظ العالم السويديّ أندريه سلسيوس Andress Celsius عام 1742م، أنّه عند رفع درجة حرارة كميّة ٍ معايرةٍ من الماء حتّى الغليان، فإنّها تستهلك قدرًا من الطاقة، وأنّه عند مضاعفة كميّة المياه فإنّها تستهلك ضعف الطاقة الأولى، حتّى تصل إلى حالة الغليان أيضًا.
فخلُص إلى نتيجةٍ مفادها: “أنّ درجة الحرارة المكتسبة تتناسب طرديًّا وبانتظامٍ مع الطاقة المبذولة “، ومن هنا اعتبر أنّ درجة تجمّد المياه هي الصفر، واعتبر أنّ درجة الغليان هي المائة، وقام بتقسيم المدى من صفر (درجة التجمّد)، إلى مائة (درجة الغليان)، على مائة جزء.
وكلّ جزءٍ أطلق عليه مصطلح درجة مئويّة، وهي ما أُطلق عليها الدرجة سلسيوس، إذًا فالدرجة سلسيوس هي: “مقدار الطاقة اللازمة لرفع درجة حرارة واحد سنتيمتر مكعّب من الماء درجة واحدة مئويّة”، ويرمز إليها بالرمز م°، أو c°.
تعريف كلڤن
تقدّم العلم شيئًا فشيئًا، وفي عام 1848م لاحظ العالم وليام طومسون كلڤن William Thomson Kelvin، أنّ تجمّد الماء عند درجة 0 م° لا يمنع حركة جزيئاته، وإن حدّت درجة التجمّد من حركة الجزيئات، ولكنّها لم تمنعها تمامًا من الحركة، كما لاحظ أيضًا أنّ حركة الجزيئات تلك تُرافقها انبعاثات حراريّة.
إذًا فالمادة مازالت تحتجز قدرًا من الطاقة يتسبّب في حركة جزيئاتها، أو بالأحرى ينتج عن حركة جزيئاتها، ومن هنا قام بعمل مقياسٍ للحرارة خاصٍّ به، ولكنّه لم يتّخذ من درجة تجمّد الماء الصفريّة بدايةً للتدرّج على غِرار سلسيوس ، ولكنّه اتّخذ من درجة التجميد التي تتوقّف عندها حركة جزيئات المادّة فعلًا بدايةً لتدريجه، وهي -273.15 سلسيوس .
واعتبرها هي نقطة الصفر المطلق، فدرجة صفر كلڤن تقابل -273.15 سلسيوس ، وعليه يمكن تعريف درجة الكلڤن بأنّها: “كميّة الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة واحد سنتيمتر مكعّب من الماء درجة واحدة مئويّة، باعتبار أنّ درجة الصفر كلڤن هي -273.15 “، ويرمز لها بالرمز k°، وهي أكثر استخدامًا في الأوساط العلميّة.
تحويل درجة كلڤن إلى درجة سلسيوس
ممّا سبق نستطيع أن نلاحظ :
أنّ مقدار درجة الحرارة الواحدة على مقياس سلسيوس هي نفس مقدار درجة الحرارة على مقياس كلڤن، إلّا أنّ الفرق بينهما هو أنّ سلسيوس اعتبر أنّ الصفر المئويّ هو بداية التدريج، بينما كلڤن اعتبر أنّ -273.15 المئويّة هي بداية التدريج، أي الصفر كلڤن.
أنّ المقدار (-273.15) ليس قيمةٌ جبريّةٌ بل قيمةٌ مطلقة، فإشارة السالب هنا إشارةٌ مجازيّة على اعتبار أنّ صفر سلسيوس هو بداية التدريج فرضًا؛ ولذلك فعند التحويل من كلڤن إلى سلسيوس أضف الدرجة المئويّة إلى درجة كلڤن كقيمة مطلقة، وسيتّضح ذلك من الأمثلة التطبيقيّة. الصفر المطلق وهو يساوي -273.15، نقطة التجمّد التي تتوقّف عندها الحياة بتوقّف جزيئاتها، لم يتمّ الوصول إليها بعد حتّى الآن.
أمثلة على تحويل الكلفن الى سلسيوس
- مثال 1: إذا علمت أنّ درجة الحرارة المناسبة لعفن الخبز هي من 298.15 k° إلى 313.15 k°، ورطوبة الهواء حوالي 70٪، فكم تكون درجة الحرارة على مقياس سلسيوس؟
- الحلّ: درجة الحرارة على مقياس سلسيوس = 298.15 – 273.15 = 25 م°، و 313.15 – 273.15 = 40 م°.
- مثال 2: أراد المساعد الطبيّ ضبط درجة حرارة التكييف المبرمج على الدرجة المئويّة للمعمل الطبيّ، بما يعادل درجة .280.15 k°، فعلى أيّ رقمٍ مئويٍّ يضبطه؟
- الحلّ: الرقم = 280.15 – 273.15 = 7م°.
- مثال 3: إذا علمت أنّ درجة حرارة حفظ الأجنّة 77.15 k°، فكم تساوي على مقياس سلسيوس ؟
- الحلّ: الدرجة على مقياس سلسيوس = 273.15 – 77.15 = -196 م°.
لقد قدّم العالم الفيزيائيّ كلڤن خدمةً علميّةً جليلةً للبشريّة بوضع مقياس كلڤن؛ فلقد ساد لفترةٍ اعتقادُ أنّ الدرجة صفر سلسيوس – وهي درجة تجمّد الماء- تتوقّف عندها جزيئات المادّة عن الحركة؛ وبالتالي تنعدم درجة حرارتها؛ ممّا أدّى هذا الاعتقاد الخاطئ إلى عدم القدرة على تفسير كثيرٍ من الظواهر البيولوجيّة والفيزيائيّة، إلى أن قام كلڤن بوضع مقياسه هذا، وذلك لا ينال من سلسيوس علميًّا بتاتًا، فلقد بدأ كلڤن من حيث انتهى سلسيوس ليس إلّا.