أنظمة القياس والكميات القياسية والمتجهة في الفيزياء
أنظمة القياس والكميات القياسية والمتجهة في الفيزياء
تتحدد أي كمية طبيعية بعاملين اثنين هما العدد والوحدة . أي أنه لا يمكن ذكر أعداد أو أرقام مجردة دون تحديد الوحدة التي تقاس بها تلك الكمية.
فمثلاً لتحديد كتلة جسم نقول أن كتلته تساوي 20كيلوجرام و لكي نقول أن الكتلة تساوي 20000 جرام يجب أن يكون هناك علاقة بين الكيلوجرام و الجرام و هي 1كجم = 1000جرام.
1 الكميات الفيزيائية Physical quantities
هي التي تبني هيكل الفيزياء و بها نكتب المعادلات و القوانين الفيزيائية ، من هذه الكميات : القوة – الزمن – السرعة – الكثافة – درجة الحرارة – الشحنة و غير ذلك.
· كميات فيزيائية مشتقه: هي الكميات التي يتم إشتقاقها من الكميات الأساسية ، مثل الحجم و السرعة و العجلة و غير ذلك من الكميات.
· النظام البريطاني( الانجليزي ) للقياس : قدم – باوند – ثانيه (F B S).
ففي النظام الدولي للوحدات ، يتم اعتبار الوحدة الرسمية لقياس درجة الحرارة هي وحدة "الكلفن".
لكن رغم الاعتراف الدولي الكبير بالنظام الدولي للوحدات ، إلا أنه قد شاع استخدام النظام المئوي (سلسيوس) في قياس درجة الحرارة ، لسهولته وبساطته.
إلا دولة واحدة لا يشاع فيها استخدام النظام المئوي ، وهي الولايات المتحدة ، التي تستخدم نظام الفهرنهايت.
سوف نقدم لكم هنا شرح للدرجات الحرارة الثلاثة المستخدمة في الوقت الحالي (الكلفن ، والسيلسيوس ، والفهرنهايت)
وكذلك سوف نضع المعادلات المستخدمة للتحويل بين الوحدات الثلاثة.
يتم استعمال وحدة السلسيوس بصفة يومية في أغلب أرجاء العالم, مثلا في ميدان التنبؤات الجوية, وما انفكت وسائل الاعلام تستعمل تسمية السنتيغريد (centigrade) إلى حدود أوائل التسعينيات. . أما بالنسبة للميادين العلمية فيقع استعمال السلزيوس والكلفن.
يشيع استعمال الفهرنهايت في العالم حاليا في أمريكا فقط في حين أن باقي دول العالم تستعمل سيلزيوس، ويرمز له بالرمز (C).
ومقياس الكلفن هو ذلك المقياس الذي يوضح العلاقة بين حجم غاز معين ودرجة الحرارة المطلقة (وحدتها كلفن) وأيضاً العلاقة بين ضغط وحجم غاز معين ودرجة الحرارة الكلفنية، فعند كل زيادة مقدارها 1 درجة كلفنية يزداد حجم كمية معينة من غاز بمقدار 1/273 من حجمة الأصلي وكذلك ضغطه.
ونادراً ما تستخدم وحدة الكيلفن في الحياة العامة، ولكنها ذات أهمية خاصة في المجالات العلمية المختلفة. يُستخدم الكلفن في القياسات العلمية لأنه مقياس لدرجة نشاط الجزيئات في المادة، أي أنه عند درجة 0 كلفن (الصفر المطلق) تتوقف حركة الجزيئات تماماً.
نادراً ما تستخدم وحدة غير الكلفن في المجالات العلمية (خصوصاً علم الفلك)، وحتى لو استخدمت فيُذكر بجانبها ما تساويه درجة الحرارة على مقياس الكلفن.
الصفر المطلق (0 كلفن) هو أخفض درجة حرارة في الطبيعة وتتوقف عندها حركة الجزيئات. لا يُمكن عملياً الوصول إلى درجة الصفر المطلق، ولكن يمكن فقط الاقتراب منها. فنظرياً، إذا وصل الجسم إلى درجة الصفر المطلق فإن حجمه سيساوي صفر، لأن العلاقة بين الحجم ودرجة الحرارة علاقة طردية. وإذا ما وصلت المواد إلى درجة الصفر المطلق فإن خصائصها وسلوكها جميعاً سيُصبح شيئاً واحداً، ولن تعود هناك إمكانية للتفريق بين المواد المختلفة.
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
التحويل من كلفن إلى درجة مئوية (أو العكس)
يعتبر التحويل من كلفن إلى سلزيوس أو العكس أمر بسيط جدًا
حيث أن العلاقة بينهم ثابتة ، فيكفي إضافة عدد ثابت معيّن للدرجة المئوية للحصول على الكلفن ، ويكفي طرح نفس العدد الثابت والمعيّن من الكلفن للحصول على المئوية.
ذاك العدد هو 273
الكلفن = الدرجة المئويـة + 273
الدرجة المئوية = الكلفــن - 273
التحويل من فهرنهايت إلى درجة مئوية (أو العكس)
التحويل من فهرنهايت إلى مئوية أصعب من الكلفن ، حيث أنها تعتمد على عملية طرح وقسمة على أعداد كسرية..
لذلك قد تحتاج آلة حاسبة للقيام بذلك..
الدرجة المئوية = (الفهرنهايت - 32) ÷ 1.8
الفهرنهايت = (المئوية × 1.8) + 32
فمثلاً لتحديد كتلة جسم نقول أن كتلته تساوي 20كيلوجرام و لكي نقول أن الكتلة تساوي 20000 جرام يجب أن يكون هناك علاقة بين الكيلوجرام و الجرام و هي 1كجم = 1000جرام.
1 الكميات الفيزيائية Physical quantities
هي التي تبني هيكل الفيزياء و بها نكتب المعادلات و القوانين الفيزيائية ، من هذه الكميات : القوة – الزمن – السرعة – الكثافة – درجة الحرارة – الشحنة و غير ذلك.
و تنقسم الكميات الفيزيائية إلى:
· كميات فيزيائية أساسية: هي الكميات التي تكون معرفة بذاتها وبما تم الإصطلاح عليه ، مثل الكتلة و الطول و الزمن و يرمز لها (T , L , M) على الترتيب.
· كميات فيزيائية مشتقه: هي الكميات التي يتم إشتقاقها من الكميات الأساسية ، مثل الحجم و السرعة و العجلة و غير ذلك من الكميات.
2 وحدات الكميات الفيزيائية Units of physical quantities
أي كمية فيزيائية يجب أن يكون لها وحدة قياس إلى جانب قيمتها العددية إذ أنه لا معنى لقولنا أن المسافة بين مدينة غزة ومدينة القدس هي 80 (دون ذكر وحدة القياس) لأن 80 كيلو متر تختلف عن 80 متر تختلف عن 80 ميل حيث أن الكيلو متر والمتر والميل هي وحدات قياس الطول.
أنظمة القياس
· النظام الدولي للقياس ISU: متر – كيلوجرام – ثانيه (M K S system) و أحياناً يسمى بالنظام الفرنسي المطلق أو سنتيمتر – جرام – ثانيه (C G S system). · النظام البريطاني( الانجليزي ) للقياس : قدم – باوند – ثانيه (F B S).
الآن سوف نتعرف على وحدات قياس بدرجة الحرارة
وحدات درجات الحرارة وكيفية التحويل بينها
في العصر الحاضر ، ينتشر استخدام 3 وحدات لقياس درجات الحرارة ، في حين أنه هناك عشرات الوحدات للتعبير عن درجة الحرارة.ففي النظام الدولي للوحدات ، يتم اعتبار الوحدة الرسمية لقياس درجة الحرارة هي وحدة "الكلفن".
لكن رغم الاعتراف الدولي الكبير بالنظام الدولي للوحدات ، إلا أنه قد شاع استخدام النظام المئوي (سلسيوس) في قياس درجة الحرارة ، لسهولته وبساطته.
إلا دولة واحدة لا يشاع فيها استخدام النظام المئوي ، وهي الولايات المتحدة ، التي تستخدم نظام الفهرنهايت.
سوف نقدم لكم هنا شرح للدرجات الحرارة الثلاثة المستخدمة في الوقت الحالي (الكلفن ، والسيلسيوس ، والفهرنهايت)
وكذلك سوف نضع المعادلات المستخدمة للتحويل بين الوحدات الثلاثة.
السلسيوس (النظام المئوي)
سيلزيوس : هي وحدة قياس لدرجات الحرارة ويرمز لها بالرمز (C)مقياس مئوي، والدرجة الواحدة بقياس سيلزيوس هي واحد على مئة من الفرق بين درجة غليان الماء ودرجة تجمده تحت قياس الضغط القياسي. كانت تعرف بأسماء أخرى مثل مئويّة (centigrade) وذلك قبل أن يتم تغيير الاسم بصفة رسمية إلى سيلزيوس, سنة 1948. و سميت هذه الوحدة سلسيوس اثر الفلكي السويدي اندرس سلزيوس, والذي اقترح في الأصل أن تكون درجة الصفر مطابقة لدرجة تجمد الماء وان تكون درجة غليانه مقابلة للمائة, ولكن ذلك وقع تعديله سنة 1747. يتم استعمال وحدة السلسيوس بصفة يومية في أغلب أرجاء العالم, مثلا في ميدان التنبؤات الجوية, وما انفكت وسائل الاعلام تستعمل تسمية السنتيغريد (centigrade) إلى حدود أوائل التسعينيات. . أما بالنسبة للميادين العلمية فيقع استعمال السلزيوس والكلفن.
الفهرنهايت
الفهرنهايت هو وحدة لقياس درجة الحرارة ويرمز له بالرمز (F) سمي باسم منشئه العالم الفيزيائي الألماني دانيال غابرييل فهرنهايت (بالألمانية: Daniel Gabriel Fahrenheit) وكان ذلك عام 1724. يشيع استعمال الفهرنهايت في العالم حاليا في أمريكا فقط في حين أن باقي دول العالم تستعمل سيلزيوس، ويرمز له بالرمز (C).
الكلفن
كيلفن (بالإنكليزية: Kelvin) من وحدات القياس المعتمدة في النظام الدولي للوحدات لقياس درجة الحرارة ويرمز له بالرمز (K). سميت بهذا الاسم نسبة إلى الفيزيائي والمهندس البريطاني اللورد كيلفن.ومقياس الكلفن هو ذلك المقياس الذي يوضح العلاقة بين حجم غاز معين ودرجة الحرارة المطلقة (وحدتها كلفن) وأيضاً العلاقة بين ضغط وحجم غاز معين ودرجة الحرارة الكلفنية، فعند كل زيادة مقدارها 1 درجة كلفنية يزداد حجم كمية معينة من غاز بمقدار 1/273 من حجمة الأصلي وكذلك ضغطه.
ونادراً ما تستخدم وحدة الكيلفن في الحياة العامة، ولكنها ذات أهمية خاصة في المجالات العلمية المختلفة. يُستخدم الكلفن في القياسات العلمية لأنه مقياس لدرجة نشاط الجزيئات في المادة، أي أنه عند درجة 0 كلفن (الصفر المطلق) تتوقف حركة الجزيئات تماماً.
نادراً ما تستخدم وحدة غير الكلفن في المجالات العلمية (خصوصاً علم الفلك)، وحتى لو استخدمت فيُذكر بجانبها ما تساويه درجة الحرارة على مقياس الكلفن.
الصفر المطلق (0 كلفن) هو أخفض درجة حرارة في الطبيعة وتتوقف عندها حركة الجزيئات. لا يُمكن عملياً الوصول إلى درجة الصفر المطلق، ولكن يمكن فقط الاقتراب منها. فنظرياً، إذا وصل الجسم إلى درجة الصفر المطلق فإن حجمه سيساوي صفر، لأن العلاقة بين الحجم ودرجة الحرارة علاقة طردية. وإذا ما وصلت المواد إلى درجة الصفر المطلق فإن خصائصها وسلوكها جميعاً سيُصبح شيئاً واحداً، ولن تعود هناك إمكانية للتفريق بين المواد المختلفة.
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
التحويلات بين درجات الحرارة
التحويل من كلفن إلى درجة مئوية (أو العكس)
يعتبر التحويل من كلفن إلى سلزيوس أو العكس أمر بسيط جدًا
حيث أن العلاقة بينهم ثابتة ، فيكفي إضافة عدد ثابت معيّن للدرجة المئوية للحصول على الكلفن ، ويكفي طرح نفس العدد الثابت والمعيّن من الكلفن للحصول على المئوية.
ذاك العدد هو 273
الكلفن = الدرجة المئويـة + 273
الدرجة المئوية = الكلفــن - 273
التحويل من فهرنهايت إلى درجة مئوية (أو العكس)
التحويل من فهرنهايت إلى مئوية أصعب من الكلفن ، حيث أنها تعتمد على عملية طرح وقسمة على أعداد كسرية..
لذلك قد تحتاج آلة حاسبة للقيام بذلك..
الدرجة المئوية = (الفهرنهايت - 32) ÷ 1.8
الفهرنهايت = (المئوية × 1.8) + 32
يمكنكم من التالي الانتقال إلى صفحة :