Temperatuurschaal

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Een thermometer met de Celsius schaal. Het is af te lezen dat de temperatuur hier −17° C bedraagt

Een temperatuurschaal is een methode om de temperatuur in een getal uit te drukken. Er zijn diverse schalen ontwikkeld, die handig zijn voor verschillende toepassingen. In het SI-stelsel is de kelvin, ook wel absolute temperatuur genoemd, voorgeschreven. In de dagelijkse praktijk gebruikt men in Nederlandstalige landen de schaal van Celsius en drukt men de temperatuur uit in graden Celsius.

Empirische schalen[bewerken]

Temperatuurbepaling met de tenen

De in gebruik zijnde temperatuurschalen zijn van oorsprong empirisch. Deze schalen zijn gebaseerd op fysische eigenschappen van materialen die op een eenvoudige manier gemeten kunnen worden, zoals de uitzetting van een vloeistof (meestal kwik of alcohol) bij verhoging van de temperatuur. Er worden twee punten gekozen die een vaste waarde krijgen. Zo is 0 graden Celsius vastgelegd op het vriespunt van water, terwijl het kookpunt bij 100 graden Celsius is gelegd. Daartussen wordt lineair geïnterpoleerd en daarbuiten geëxtrapoleerd.

Temperatuur is een eigenschap van materie, en de empirische schalen werken slechts in een smal gebied. In het dagelijks leven op aarde is dat ruim voldoende. Om zeer lage, of zeer hoge temperaturen te meten, zijn andere technieken nodig. Zo bevriest kwik bij 234,32 K (−39°C) en is een kwikthermometer onder deze temperatuur niet bruikbaar. Ook zeer hoge temperaturen kunnen niet met een kwikthermometer worden gemeten.

In de afbeelding hieronder worden de schalen met elkaar vergeleken. Hieruit blijkt dat de schalen, met uitzondering van de Delisle, een hogere getalswaarde geven bij een hogere temperatuur. De nulpunten van de schalen zijn aangegeven. Voor de Celsiusschaal, alsmede de Réaumur, Newton en Rømer is dat het vriespunt van water. Voor de Deslise is de nul het kookpunt van water. Fahrenheit koos als nulpunt de temperatuur van een mengsel van ijs, water en ammoniumchloride. De Kelvin en de Rankine beginnen vanaf het het absolute nulpunt en kennen dan ook geen negatieve temperatuur. Verder valt op dat de schalen in Celsius en Kelvin parallel lopen. Hetzelfde geldt voor de Fahrenheit- en Rankine-schalen. Deze schalen gebruiken in feite dezelfde schaalverdeling voor de definitie van "1 graad".

Vergelijking van temperatuurschalen[bewerken]

0 K / 0 °Ra (-273,15 °C) 0 °F (-17,78 °C) 150 °D 32 °F 7,5 °Rø 0 °C / 0 °Ré / 0 °N 212 °F 100 °C 80 °Ré 60 °Rø 33 °N 0 °D Bestand:Comparison of temperature scales blank.svgComparison of temperature scales blank.svg
Rankine (°Ra)
Kelvin (K)
Fahrenheit (°F)
Celsius (°C)
Réaumur (°Ré)
Rømer (°Rø)
Newton (°N)
Delisle (°D)
het absolute nulpunt laagst waargenomen temperatuur op Aarde[1] Fahrenheits ijs/water/zout-mengsel smeltpunt van ijs (bij standaarddruk) gemiddelde temperatuur op Aarde (15 °C) gemiddelde temperatuur menselijk lichaam (37 °C) hoogst waargenomen temperatuur op Aarde[2] kookpunt van water (bij standaarddruk)  

Naast de veel gebruikte meetmethoden op basis van vloestoffen, kan temperatuur met empirische middelen ook op andere manieren gemeten worden, bijvoorbeeld met een thermokoppel, een bimetaal of een thermistor.

Verouderde schalen[bewerken]

Naast de hier genoemde bestaan er nog verouderde temperatuurschalen:

Wetenschappelijke temperatuurschaal[bewerken]

Een meer wetenschappelijke aanpak is de bepaling van de temperatuur te baseren op de principes van de thermodynamica. Het absolute nulpunt is de 0 van deze schaal. Dat is de temperatuur waarbij de deeltjes van de materie slechts een minimale energie hebben die niet lager kan zijn.

Bedenkers van temperatuurschalen[bewerken]

In de geschiedenis zijn er diverse personen geweest die onderzoek deden naar temperatuur, en die een temperatuurschaal hebben ontwikkeld op basis van diverse metingen van materiaaleigenschappen.

persoon / uitvinder land jaar naam temperatuurschaal
Anders Celsius Vlag van Zweden Zweden 1742 Celsius
Joseph-Nicolas Delisle Vlag van Frankrijk Frankrijk 1732 Delisle
Gabriel Fahrenheit Vlag van Polen Polen /
Vlag van Nederland Nederland
1724 Fahrenheit
William Thomson Vlag van Verenigd Koninkrijk Verenigd Koninkrijk 1848 Kelvin
Isaac Newton Vlag van Engeland Engeland rond 1700 Newton
William John Macquorn Rankine Vlag van Verenigd Koninkrijk Verenigd Koninkrijk 1859 Rankine
René-Antoine Ferchault de Réaumur Vlag van Frankrijk Frankrijk 1731 Réaumur
Ole Christensen Rømer Vlag van Denemarken Denemarken 1701 Rømer

Conversietabel[bewerken]

Het omrekenen van temperaturen in de diverse schalen is relatief eenvoudig zoals blijkt uit onderstaande tabel. Elke schaal heeft namelijk een nulpunt en een lineaire schaalverdeling.

Historisch gezien waren de verschillende temperatuurschalen niet compatibel met elkaar, met uitzondering van smalle gebieden van overlap. Als bijvoorbeeld een alcoholthermometer en een kwikthermometer geijkt worden op twee punten, bijvoorbeeld het smeltpunt en het kookpunt van water, betekent dat niet dat het aflezen van een lineaire schaalverdeling tussen deze twee punten tot een gelijke uitkomst leidt. De thermische uitzettingscoëfficienten van deze twee stoffen zijn namelijk niet evenredig aan elkaar over het gehele temperatuursgebied. De conversietabel hieronder geldt dus bij benadering en is eerder vastgesteld op basis van afspraken dan op basis van metingen.

naar \ van Celsius Delisle Fahrenheit Kelvin Newton Rankine Réaumur Rømer
Celsius
T_\mathrm{C} =
100 - T_\mathrm{D} \cdot \tfrac23 \left(T_\mathrm{F} - 32\right) \cdot \tfrac{5}{9} T_\mathrm{K} - 273{,}15 \! T_\mathrm{N} \cdot \tfrac{100}{33} (T_\mathrm{Ra} - 491{,}67) \cdot \tfrac{5}{9} T_\mathrm{Re} \cdot \tfrac{5}{4} (T_\mathrm{Ro} - 7{,}5) \cdot \tfrac{40}{21}
Delisle
T_\mathrm{D} =
(100 - T_\mathrm{C}) \cdot \tfrac32 (212 - T_\mathrm{F}) \cdot \tfrac56 (373{,}15 - T_\mathrm{K}) \cdot \tfrac32 (33 - T_\mathrm{N}) \cdot \tfrac{50}{11} (671{,}67 - T_\mathrm{Ra}) \cdot \tfrac56 (80 - T_\mathrm{Re}) \cdot \tfrac{15}{8} (60 - T_\mathrm{Ro}) \cdot \tfrac{20}{7}
Fahrenheit
T_\mathrm{F} =
T_\mathrm{C} \cdot \tfrac{9}{5} + 32 212 - T_\mathrm{D} \cdot \tfrac65 T_\mathrm{K} \cdot \tfrac{9}{5} - 459{,}67 T_\mathrm{N} \cdot \tfrac{60}{11} + 32 T_\mathrm{Ra} - 459{,}67 \! T_\mathrm{Re} \cdot \tfrac{9}{4} + 32 \left(T_{\mathrm{Ro}} - 7{,}5\right) \cdot \tfrac{24}{7} + 32
Kelvin
T_\mathrm{K} =
T_\mathrm{C} + 273,15 \! 373{,}15 - T_\mathrm{D} \cdot \tfrac23 \left(T_\mathrm{F} + 459{,}67\right) \cdot \tfrac{5}{9} T_\mathrm{N} \cdot \tfrac{100}{33} + 273{,}15 T_\mathrm{Ra} \cdot \tfrac{5}{9} T_\mathrm{Re} \cdot \tfrac{5}{4} + 273{,}15 (T_\mathrm{Ro} - 7{,}5) \cdot \tfrac{40}{21} + 273{,}15
Newton
T_\mathrm{N} =
T_\mathrm{C} \cdot \tfrac{33}{100} 33 - T_\mathrm{D} \cdot \tfrac{11}{50} (T_\mathrm{F} - 32) \cdot \tfrac{11}{60} (T_\mathrm{K} - 273{,}15) \cdot \tfrac{33}{100} (T_\mathrm{Ra} - 491{,}67) \cdot \tfrac{11}{60} T_\mathrm{Re} \cdot \tfrac{33}{80} (T_\mathrm{Ro} - 7{,}5) \cdot \tfrac{22}{35}
Rankine
T_\mathrm{Ra} =
T_\mathrm{C} \cdot \tfrac{9}{5} + 491{,}67 671{,}67 - T_\mathrm{D} \cdot \tfrac65 T_\mathrm{F} + 459{,}67 \! T_\mathrm{K} \cdot \tfrac{9}{5} T_\mathrm{N} \cdot \tfrac{60}{11} + 491{,}67 (T_\mathrm{Re} \cdot \tfrac{5}{4} - 273{,}15) \cdot \tfrac{9}{5} (T_\mathrm{Ro} - 7{,}5) \cdot \tfrac{24}{7} + 491{,}67
Réaumur
T_\mathrm{Re} =
T_\mathrm{C} \cdot \tfrac{4}{5} 80 - T_\mathrm{D} \cdot \tfrac{8}{15} \left(T_\mathrm{F} - 32\right) \cdot \tfrac{4}{9} (T_\mathrm{K} - 273{,}15) \cdot \tfrac{4}{5} T_\mathrm{N} \cdot \tfrac{80}{33} (T_\mathrm{Ra} \cdot \tfrac{5}{9} + 273{,}15) \cdot \tfrac{4}{5} (T_\mathrm{Ro} - 7{,}5) \cdot \tfrac{32}{21}
Rømer
T_\mathrm{Ro} =
T_\mathrm{C} \cdot \tfrac{21}{40} + 7{,}5 60 - T_\mathrm{D} \cdot \tfrac{7}{20} \left(T_\mathrm{F} - 32\right) \cdot \tfrac{7}{24} + 7{,}5 (T_\mathrm{K} - 273{,}15) \cdot \tfrac{21}{40} + 7{,}5 T_\mathrm{N} \cdot \tfrac{35}{22} + 7{,}5 (T_\mathrm{Ra} - 7{,}5) \cdot \tfrac{24}{7} + 491{,}67 T_\mathrm{Re} \cdot \tfrac{21}{32} + 7{,}5

Conversiegrafiek[bewerken]

Onderstaand nomogram geeft de omrekening tussen de diverse temperatuurschalen grafisch weer.

Bronnen, noten en/of referenties
  1. The Coldest Inhabited Places on Earth; onderzoekers van het Vostokstation registeerden op 21 juli 1983 de laagst waargenomen temperatuur ooit op Aarde: −89,2 °C (−128,6 °F).
  2. World: Highest Temperature; een Italiaans weerstation in al 'Aziziyah (Libië) registreerde op 13 september 1922 een temperatuur van 58 °C (136,4 °F). Deze temperatuur wordt algemeen geaccepteerd als de hoogst waargenomen temperatuur onder normale omstandigheden, maar de geldigheid wordt in twijfel getrokken.