Harorat shkalalari orasidagi nisbatlar

Avvaliga harorat o‘zi nima? — degan savolga javob izlab ko‘rsak. Harorat bu — jismning energetik holatini ifodalovchi miqdoriy kattalikdir. Tabiatda hamma-hamma narsa atom va molekulalardan tashkil topgan bo‘lib, jismlarni tashkil qiluvchi atomlar muntazam harakatda bo‘ladi. Jismni tashkil qilgan atom va molekulalarning harakati qanchalik jadal bo‘lsa, jismning harorati shunga muvofiq baland bo‘ladi. Shunga ko‘ra, jismning harorati deganda, uni tashkil qiluvchi atom va molekulalarning o‘rtacha kinetik energiyasi nazarda tutilishini tushunib olish zarur. Xalqaro Birliklar Tizimiga ko‘ra, harorat birligi sifatida Kelvin qabul qilingan. Kelvin haqida gap ketganda, uni termodinamik harorat birligi, yoki, mutlaq harorat birligi ham deyiladi. Kelvin, fundamental fizik birlik bo‘lib, u suvning uchlanma nuqtasi termodinamik haroratining 1/273,16 qismi sifatida aniqlanadi.

Nima issiq va nima sovuq?

Jismning issiq yoki, sovuqligi — juda nisbiy tushuncha. Shu sababli ham, issiq, iliq, sovuq, muzdek kabi tushunchalar ilm-fanda unchalik ham ma’qullanmaydi. Odatda biz u yoki bu jism haqida «issiq», «qaynoq«, «sovuq« deganimizda, o‘zimizning sezgi organlarimiz orqali olgan axborotga tayanamiz. Bunda harorat haqidagi tasavvur bizning tanamizga nisbatan, aniqrog‘i terimizdagi sezgi hislariga nisbatan shakllanmoqda. Lekin o‘sha jism qanchalik issiq, yoki, qanchalik sovuq? — deyilsa, shaxsiy sezgi organlarimiz orqali bu savolga javob berish qiyin bo‘lib qoladi. Uzog‘i bilan, «juda sovuq«, yoki, «juda issiq«kabi yana nisbiy tushunchalarni bera olamiz xolos. Shu sababli, bizga u yoki bu haroratni aniq ifodalash imkonini beradigan mukammalroq usul va vositalar kerak bo‘ladi.

So‘ngi asrlarda haroratni o‘lchash va ifodalash uchun bir necha xil harorat shkalalari ishlab chiqilgan va amaliyotga joriy etilgan edi. Lekin, harorat birliklari va shkalalaridagi bunday xilma-xillik turli mamlakatlarda bir-biridan tamomila farq qiluvchi har xil birliklarning ommalashishiga va o‘zaro taqqoslashda chalkashliklar kelib chiqishiga sabab bo‘lgan. o‘sha paytlarda ayrim harorat shkalalari uchun asos qilib olingan tayanch nuqtalari ham (masalan odam tanasi harorati singari) nisbiy bo‘lib, aniqlik darajasi nihoyatda past bo‘lgan. Shu sababli ham, ayniqsa sanoat va ilmiy faoliyatda, shuningdek muhandislik ishlarida band bo‘lgan odamlarda butun dunyo uchun qulay bo‘lgan umumiy harorat shkalasini ishlab chiqishga ehtiyoj paydo bo‘lgan edi. Natijada, nima aslida qanday darajada issiq yoki sovuq ekanini aniq belgilash imkonini beruvchi harorat shkalalari paydo bo‘ldi.

Nima qanchalik issiq ekaniga-ku, chek-chegaraning o‘zi yo‘q. Yuqori haroratlar biz tasavvur ham qilmaydigan darajalargacha o‘zib borishi, o‘ta yuqori, favqulodda yuqori bo‘lishi mumkin. Masalan, Quyosh sirtidagi harorat 5800 K ni tashkil qiladi; Quyosh qa’rida esa, issiqlik 13,6 million kelvinga yetadi.

Lekin, haroratning quyi chegarasi fanda aniq belgilangan. Mutlaq nol harorat deb yuritiladigan ushbu haroratda jismni tashkil qiluvchi barcha atom va molekulalar butunlay harakatdan to‘xtaydi. Mutlaq nol — tabiatda bo‘lishi mumkin bo‘lgan eng past harorat bo‘lib, lekin unga amalda erishishning ilojisi yo‘q. U faqat nazariy jihatdan mavjud hamda, bu haroratda jismlarni tashkil qiluvchi atom va molekulalar butunlay harakatdan to‘xtashi sababli, ularning kinetik energiyasi ham nolga teng bo‘ladi. Nazariyaga ko‘ra, mutlaq nol haroratda jismlarning atom va molekulalari nol nuqta kvant mexanik energiyasini saqlab qoladi xolos. Mutlaq nol harorat termodinamik harorat shkalasining quyi nuqtasi bo‘lib, ya’ni, u 0 K bilan belgilanadi. Selsiy shkalasi bo‘yicha mutlaq nol harorat bu -273,15 °C ga teng. Farengeyt bo‘yicha mutlaq nol harorat -459,67 °F da qayd etiladi. Yulduzlararo bo‘shliqdan iborat Koinot sarhadlarida harorat juda-juda sovuq bo‘ladi. Koinotdagi o‘rtacha harorat 3 kelvindan ham past bo‘lib, baribir o‘sha zulmat qa’rida ham harorat mutlaq noldan atiga ikki daraja bo‘lsa-da, balandroqdir.

Harorat shkalalari haqida so‘z ochilgan ekan, shu paytgacha amalda bo‘lgan xalqaro harorat shkalalari haqida eslab o‘tish ham joizdir. Xalqaro harorat shkalalari joriy etilishidan maqsad, sanoat va texnika sohalari uchun amaliy qulay harorat shkalalarini ishlab chiqish va xalqaro umumiy standart bilan joriy etishdan iboratdir. Zero, mutlaq harorat shkalasi, ya’ni, termodinamik harorat birliklari bilan ish olib borish ayniqsa texnik va texnologik vositalar bilan ishlovchi muhandislar uchun noqulaydir.

Xalqaro harorat shkalalari

Shu paytgacha quyidagi xalqaro harorat shkalalari (XHSh) qabul qilingan va ma’lum vaqt amalda bo‘lgan:

XHSh-27; — 1927-yilgi Xalqaro harorat shkalasi

XAHSh-48; — 1948-yilgi Xalqaro amaliy harorat shkalasi

XAHSh-68; — 1968-yilgi Xalqaro amaliy harorat shkalasi

XHSh-90; — 1990-yilgi Xalqaro harorat shkalalari

Shuningdek, bu orada qo‘shimcha, maxsus harorat shkalalari ham joriy etilgan bo‘lib, masalan, 2000-yilgi muvaqqat harorat shkalasi shular jumlasidandir. U PLTS-2000 deb yuritilgan va 0,9 mK dan 1 K gacha intervaldagi haroratlarni ifodalash uchun ishlatilgan. «PLTS« qisqartmasining ma’nosi «Provisional Low Temperature Scale of 2000« bo‘lib, o‘zbek tiliga «Past haroratlar uchun muvaqqat shkala-2000» deb tarjima qilish mumkin.

Amaldagi xalqaro kelishuvlarga ko‘ra, hozirda deyarli butun dunyo bo‘ylab XHSh-90 umumiy qabul qilingan va yuqorida ham aytib o‘tilgan termodinamik harorat uchun aynan ushbu harorat shkalasi asos qilib olingan. Xalqaro harorat shkalasi haroratni o‘lchash bo‘yicha butun dunyo mamlakatlari uchun yagona bo‘lgan qoidalar majmui bo‘lib, haroratni o‘lchash usullari va asboblarining barcha mamlakatlar uchun yagona standartda bo‘lishi, hamda, o‘lchov asboblarining sozlanishi va sinov-sertifikatlash ishlaridan o‘tkazilishi bir xil bo‘lishini belgilaydi. XHShga amal qilgan holda o‘lchangan harorat natijalari dunyoning istalgan joyida bir xil bo‘ladi va aynan takrorlanadi. Masalan, XHSh-90 ga muvofiq sozlangan harorat o‘lchash asbobi, aytaylik, oddiy termometr bilan suvning muzlash harorati belgilansa, u o‘zbekistonda ham, Avstraliyada ham, Antarktidada ham bir xil — 0 °C chiqishi kerak. Shu tarzda, amaliy ehtiyoj uchun bajarilgan o‘lchash natijalarini, mutlaq harorat shkalasi — termodinamik haroratdagi qiymatiga maksimal yaqinlashtirib olishga uriniladi.

XHSh-90 harorat shkalalarini aniq belgilash uchun, ularga muayyan qo‘zg‘almas nuqtalar, ya’ni, muayyan sharoitlarda doimiy bir xil haroratni namoyon qiladigan tayanch nuqtalar belgilanishini taqozo qiladi. Harorat o‘lchash usullari va asboblari aynan ushbu tayanch nuqtalarga nisbatan sozlanadi.

XHSH-90 ning tayanch nuqtalari quyidagi moddalarning tegishli sharoitdagi o‘zgarmas harorat nuqtalari qabul qilingan:

Modda va uning holati	Harorat shkalasi
	K (kelvin)	°C (selsiy)	°R (rankin)	°F (farengeyt)
Vodorodning uchlanma nuqtasi	13,8033	?259,3467	24,8459	?434,8241
Neonning uchlanma nuqtasi	24,5561	?248,5939	44,2010	?415,4690
Kislorodning uchlanma nuqtasi	54,3584	?218,7916	97,8451	?361,8249
Argonning uchlanma nuqtasi	83,8058	?189,3442	150,8504	?308,8196
Simobning uchlanma nuqtasi	234,3156	?38,8344	421,7681	?37,9019
Suvning uchlanma nuqtasi	273,16	0,01	491,69	32,02
Galliyning erish nuqtasi	302,9146	29,7646	545,2463	85,5763
Indiyning qotish nuqtasi	429,7485	156,5985	773,5473	313,8773
Qalayning qotish nuqtasi	505,078	231,928	909,140	449,470
Ruxning qotish nuqtasi	692,677	419,527	1246,819	787,149
Alyuminiyning qotish nuqtasi	933,473	660,323	1680,251	1220,581
Kumushning qotish nuqtasi	1234,93	961,78	2222,87	1763,20
Oltinning qotish nuqtasi	1337,33	1064,18	2407,19	1947,52
Misning qotish nuqtasi	1357,77	1084,62	2443,99	1984,32

 

Harorat birliklari

Kelvin (K)

Kelvin SI xalqaro birliklar tizimida asosiy birliklardan biri sanaladi. Belgilanishi K bo‘lib, unga daraja belgisi, ya’ni, qo‘shib yozilmaydi. Kelvin birligini 1848-yilda ingliz fizigi Uilyam Tomson (lord Kelvin) fanga taklif qilgan.

Yuqorida ham aytilganidek, 1 K bu — suvning uchlanma nuqtasi termodinamik haroratining 1/216,15 qismiga teng. Bir daraja kelvin qiymati 1 daraja selsiy qiymatiga teng bo‘ladi. Kelvin shkalasi bo‘yicha suvning muzlash harorati 273,15 K ni tashkil qiladi. Bu selsiy bo‘yicha nol daraja (0 °C) demakdir.

Kelvin asosan ilmiy manbalarda, harorat qiymati imkon qadat maksimal aniqlikda, yoki, mutlaq nisbatda ifodalanishi talab etiladigan o‘rinlarda qo‘llaniladi. Kundalik turmushda va texnikda qo‘llash uchun kelvin birligi biroz noqulaydir. o‘lchov va Tarozilar Xalqaro Konferensiyasi kelvin uchun yaqin yillar ichida yangi ta’rif ishlab chiqishi kutilmoqda. Rejaga ko‘ra, kelvin birligi endilikda Bolsman doimiysi bog‘liq holda qayta aniqlash va ta’riflash maqsad qilingan. Bu O‘TXQning SI tizimidagi birliklarni fundamental fizik konstantalar vositasida ifodalashga bo‘lgan urinishlaridan biri sanaladi.

 

Selsiy

Selsiy hozirgi kunda dunyoning aksariyat mamlakatlarida kundalik turmushda va sanoatda keng qo‘llanayotgan qulay birlik bo‘lib, uni 1742-yilda shved olimi Andreas Selsiy fanga taklif qilgan. Birlik daraja ko‘rsatkichi — va °C harfini yonma-yon yozgan holda, °C tarzida ifodalanadi. Selsiy shkalasida tayanch nuqtalari bu — suvning muzlash harorati 0 °C va suvning qaynash harorati 100 °C deb qabul qilingan.

Lekin selsiy shkalasi aniqlik borasida muayyan shart-sharoitlarni talab qiladi. Bunda masalan suvning muzlash harorati ushbu suvning tarkiban toza bo‘lishiga ham bog‘liq bo‘ladi. Qolaversa, suvning qaynash harorati ham atmosfera bosimiga uzviy bog‘liq bo‘ladi. XHSh-90 ga binoan, sof suvning muzlash harorati 0 °C dan biroz past, qaynash darajasi esa 99,974 °C ni tashkil qiladi. Shunga qaramay, ushbu aniqlik kundalik turmushdagi maishiy foydalanish uchun yetarli aniqlik hisoblanadi. Selsiy darajasi hozirda Myanma, Liberiya va AQSHdan tashqari barcha mamlakatlarda keng ommalashgan harorat shkalasidir.

 

Farengeyt (°F)

Farengeyt shkalasini 1724-yilda Gollandiyalik Gabriel Farengeyt taklif qilgan. °F belgisi bilan ifodalanadi. Farengeyt shkalasining tayanch nuqtalari sifatida suvning muzlash harorati 32 °F va odam tanasining harorati 96 °F deb qabul qilingan. Farengeyt shkalasi chiziqli shkala emas va undan foydalanishda kasr sonlar bilan ishlash va kasrlar ustida amallar bajarish kerak bo‘ladi. Shu sababli farengeyt shkalasi va birligi foydalanishda ancha noqulaydir. Shunga qaramay, AQSHda va Karib havzasi mamlakatlarida aynan ushbu shkala ommalashgan.

Farengeyt shkalasining eng g‘alati va noqulay tomoni — uning yuqori chegarasi odam tanasining haroratiga bog‘langanligidir. Lekin bu amalda unchalik ham yaxshi yechim emas va odam tanasining harorati sog‘lom va kasal odamlarda turlicha bo‘lishi mumkin. Shu sababli, hozirgi vaqtda farengeyt shkalasining tayanch nuqtalari qayta ko‘rib chiqilgan va unda yuqori tayanch nuqtasi sifatida, odam tanasi haroratidan voz kechilgan. Buning o‘rniga, suvning qaynash harorati farengeyt shkalasi bo‘yicha 212 °F bo‘lishi belgilab qo‘yilgan. Yangi ta’rifga binoan, farengeyt shkalasi bo‘yicha odam tanasi harorati 98 °F ni tashkil qiladi.

 

Rankin (°R, °Ra)

Rankin shkalasining belgilanishi °R yoki, °Ra tarzida bo‘lishi mumkin. Uni 1859-yilda shotland fizigi Uilyam Rankin taklif qilgan. Rankin shkalasida ham quyi tayanch nuqtasi mutlaq nol harorat bo‘lib, u kelvin shkalasidagi 0 daraja bilan teng (ya’ni, 0 °R=0 K). Rankin shkalasidagi bir daraja farengeyt shkalasidagi bir daraja bilan teng. Lekin ushbu ikki shkala bo‘yicha nol nuqta keskin farq qiladi. Rankin shkalasi bo‘yicha suvning muzlash harorati 491,67 °R ni tashkil qiladi. Rankin shkalasi hozirda iste’moldan deyarli butunlay chiqib ketgan bo‘lib, AQSH sanoatidagi kamdan-kam maxsus sohalarda qo‘llaniladi.

Xalqaro qo‘mita rankin shkalasidan foydalanmaslikni tavsiya etgan.

Reomyur (°R, °Re)

Reomyur shkalasini 1730-yilda farang olimi Rene de Reomyur taklif qilgan bo‘lib, unda tayanch nuqtalar — suvning muzlash harorati 0 °Re va qaynash harorati 80 °Re deb belgilangan. Reomyur shkalasi o‘sha zamonlarda Fransiyada va qisman Rossiyada qisqa muddat qo‘llangan bo‘lib, keyinchalik iste’moldan butunlay chiqib ketgan.

Harorat birliklari orasidagi nisbatlar va ularni o‘zaro o‘girish formulalari

Quyidagi jadvalda yuqorida qayd etib o‘tilgan harorat birliklari orasidagi o‘zaro almashtirish nisbatlari keltirilgan.

dan/ga	°C	°F	K	°Ra	°Re
°C	1	t(°C)1,8+32	t(°C)+273,15	[t(°C)+273,15]×1.8	t(°C)×0,8
°F	[t(°F)−32]/1,8	1	[t(°F)+459,67]/1,8	t(°F)+459,67	[t(°F)·32]×4/9
K	t(K)−273,15	[t(K)·1,8]−459,67	1	t(K)×1,8	[t(K)−273,15]×0,8
°Ra	[t(°Ra)−491,67]/1,8	t(°Ra)+459,67	t(°Ra)/1,8	1	[t(°Ra)−491,67]×4/9
°Re	t(°Re)/0,8	[t(°Re)×9,4]+32	[t(°Re)×1,25]+273,15	[t(°Re)9/4]+491,67	1

Shuni ham aytib o‘tmoqchimanki, mazkur jadval bilan ishlashda qiyinchilikka uchragan foydalanuvchilarimiz saytimiz sahifasining yuqori o‘ng qismida joylashtirilgan onlayn birliklar konvertoridan foydalanishlari mumkin

Quyida esa, turli harorat shkalalari orasidagi nisbatlarni yanada yaqqolroq tasavvur qilish imkonini beruvchi infografikani keltiramiz:

---