يعتبر مقياس كلفن واحدًا من أهم الوحدات الدولية، ويستخدم في الأبحاث والتطبيقات المختلفة. سنوضح في هذه المقالة ما هو مقياس كلفن ومن هو مخترعه، وكيف يمكن تحويل الوحدات بين الكلفن والمئوية والفهرنهايت والعكس؟.
ما هو كلفن ؟
- تُعد وحدة الكلفن أحد أهم وحدات قياس الحرارة في النظام العالمي، حيث تُرمز إليها بالرمز (K) وتُعرف باسم درجة الحرارة المطلقة.
- هذه الوحدة من الوحدات النادرة الاستخدام في الحياة اليومية، ولكن لها أهمية كبيرة في مختلف المجالات العلمية.
- يعتبر الكلفن وحدة قياس علمية لأنه يقيس نشاط الجزيئات في المادة، وعندما تصل درجة الصفر في الكلفن يتوقف حركة الجزيئات تمامًا، وتم استخدامه لأول مرة في عام 1484.
- عند زيادة درجة كلفن واحدة، يزداد حجم كمية محددة من الغاز بنسبة 1/273 من الحجم الأصلي، بالإضافة إلى زيادة الضغط عليه.
من هو مخترع مقياس كلفن ؟
- تم تسمية هذه الوحدة باسم العالم البريطاني ويليام طومسون، المعروف أيضًا باسم اللورد كلفن، وتُعد وحدة كلفن واحدة من ثلاث وحدات لقياس درجة الحرارة.
- تُطلق على كل وحدة في هذا المقياس اسم “كلفن” بدلاً من الدرجة، وهو يعادل درجة واحدة في مقياس السيليزيوس، ولا يوجد في مقياس كلفن أي أرقام سالبة، حيث يبدأ المقياس من الصفر كلفن .
- كان اللورد كلفن، الذي يعتبر واحدًا من العلماء الموهوبين في الرياضيات، له دور كبير في تأسيس القانون الثاني للديناميكا الحرارية، وذلك بسبب أبحاثه في مجال طبيعة الحرارة. ويعتبر هذا القانون يقول بأن الحرارة لن تنتقل من جسم بارد إلى جسم دافئ، ويذكر القانون الثاني أنه عندما يحدث انتقال الحرارة من المصدر الذي يمتلك حرارة عالية إلى مصدر ذو حرارة أقل، فإن الحرارة ستتحول إلى طاقة ذات جودة أقل.
درجة تجمد الماء بوحدة الكلفن :
تم في القرن العشرين تحديد درجة تجمد المياه بوحدة القياس كلفن، وذلك لأنها تُعَدُّ أقل درجة حرارة يمكن العثور عليها في الكون، حيث تساوي أدنى درجة حرارة محسوبة 273 درجة مئوية، وفي نظام قياس كلفن يُعَدُّ صفر كلفن أدنى درجة حرارة يمكن العثور عليها في الكون، وبالتالي فإن درجة تجمد الماء تساوي 273 درجة كلفن، ودرجة الغليان تساوي 373 درجة كلفن، ويتضح أن كل درجة مئوية تمثل درجة كلفنية واحدة، والاختلاف يكمن في الصفر المطلق.
قوانين التحويل من وحدة كلفن لوحدة سيلسيوس و العكس:
توجد علاقة ثابتة بين الوحدتين، حيث يتم حساب درجة الكلفن عند إضافة عدد ثابت إلى درجة الحرارة بالسيلسيوس، ويتم حساب درجة السيلسيوس عند طرح نفس العدد من درجة الكلفن، والعدد الثابت هو 273، والمعادلات المستخدمة هي :
درجة حرارة الكلفن تساوي درجة الحرارة بالمئوية + 273 .
درجة الحرارة بالمئوية = درجة الحرارة بالكلفن – 273 .
مثال :
ما هي درجة الحرارة بالكلفن إذا كانت درجة الحرارة 60 درجة مئوية؟
الحل :
درجة الحرارة بالكلفن = 60° + 273 = 333
قوانين التحويل من وحدة كلفن لوحدة فهرنهايت و العكس :
يوجد أيضا علاقة ثابتة للتحويل بين وحدة كلفن ووحدة فهرنهايت أو العكس، ويمكن ذلك ببساطة باستخدام المعادلات التالية :
تُحسب درجة الحرارة بالكلفن بتطبيق الصيغة التالية: (فهرنهايت + 459.67) × (5÷9) .
درجة الحرارة المقيسة بالفهرنهايت = (درجة الحرارة المقيسة بالكلفن × (9÷5)) – 459.67 .
مثال :
حول درجة حرارة 75 درجة فهرنهايت إلى درجة حرارة كلفن
الحل :
درجة الحرارة بمقياس كلفن = (75° ف + 459.67) × (5÷9) = 534.67
ما هي استخدامات كلفن ؟
أهم استخدامات مقياس كلفن :
- يستخدم مقياس كلفن في التطبيقات والأبحاث العلمية بشكل كثير نظرًا لوجود الأرقام السلبية فيه. ويعتبر هذا المقياس مناسبًا لقياس درجات الحرارة المنخفضة جدًا مثل الهليوم السائل والنيتروجين السائل، حيث يمكننا قول مثلاً: إن درجة حرارة واحدة تساوي ثلاثة أضعاف درجة حرارة أخرى .
- مقياس درجة الحرارة المطلقة.
- في مقياس درجة الحرارة لرانكين، وهو يستخدم في بعض التطبيقات الهندسية.
- يُستخدم مقياس كلفن لتحديد درجة حرارة الألوان، ويتم استخدامه بشكل شائع في مجال الإضاءة. حيث يمثل مقياس كلفن درجة حرارة الألوان، مثل الأبيض والأزرق والأحمر الساطع، والتي ترتبط بدرجات الحرارة الفيزيائية للأجسام .
مراجع:
