XV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2023

Введение

Практическая значимость моего проекта в том, что не нужно искать на разных сайтах конвертер перевода из одной шкалы температур в другую. Достаточно запустить всего одну универсальную программу на компьютере и можно сразу перевести, например градусы Цельсия в градусы Фаренгейта.

Конвертер температур это не что-то новое и необычное, его можно быстро найти в интернете. Но думаю именно моя программа поможет школьник, студентам и даже ученым быстро и точно перевести температуру из одних градусов в другие.

Мой проект можно использовать как ознакомительный материал для школьников на уроках физике. Он покажет, что кроме градусов Цельсия есть и другие градусы. А студентам и научным сотрудникам поможет сократить время обработки результатов. Также блок-схему можно встроить в какой-нибудь другой виртуальный прибор, для автоматизации работ.

Подводя итог сказанного, выше можно озвучить цель: это простая и удобная программа для конвертации температуры, которая поможет школьнику разобраться в разных шкалах температуры, а студенту автоматизировать свою деятельность.

Методика и материалы

Существует несколько различных единиц измерения температуры. Они делятся на относительные (градус Цельсия, градус Фаренгейта…) и абсолютные (Кельвин, градус Ранкина…).

Наиболее известными являются следующие:

Градус Цельсия (℃)

Градус Фаренгейта (℉) ()

Кельвин (K) ()

Градус Реомюра (°Re, °R)

Градус Рёмера (°Rø) (

Градус Ранкина (°Ra)

Градус Делиля (°Д или °D)

Градус Гука (°H) )

Градус Дальтона (°Dа) )

Градус Ньютона (°N) )

Лейденский градус (°L или ÐL)

Так же еще есть Планковская температура (TP), но о ней мы сегодня говорить не будем, так как это температура Вселенной в первой момент Большого взрыва. [1]

Рядом с названием каждой шкалы приведена формула перевода из градусов Цельсия в остальные.

Немного истории

1. Градусы Фаренгейта

Градусы Фаренгейта (обозначение: ℉) — единица измерения температуры. Назван в честь немецкого учёного Габриеля Фаренгейта, предложившего в 1724 году шкалу для измерения температуры. На шкале Фаренгейта температура таяния льда равна +32 °F, а температура кипения воды +212 °F (при нормальном атмосферном давлении).[2] В настоящее время шкалу Фаренгейта используют в быту как основную шкалу температуры в следующих странах:

Багамские Острова;

Белиз;

Острова Кайман;

Палау;

США;

Либерия;

В Канаде градусы Фаренгейта используются в дополнение к основной шкале — шкале Цельсия.

2. Кельвин

Кельвин (русское обозначение: К; международное: K) — единица термодинамической температуры в Международной системе единиц (СИ), одна из семи основных единиц СИ. Предложена в 1848 году.

Единица названа в честь английского физика Уильяма Томсона, которому было пожаловано звание лорд Кельвин Ларгский из Айршира. В свою очередь, это звание пошло от реки Кельвин, протекающей через территорию университета Глазго.

3. Градусы Реомюра

Градус Реомюра (°R, °Ré) — единица измерения температуры, в которой температуры замерзания и кипения воды приняты за 0 и 80 градусов, соответственно. Предложен в 1730 году Р. А. Реомюром. На сегодняшний день градус Реомюра почти не используют.

4. Градусы Рёмера

Градус Рёмера (°Rø) — неиспользуемая ныне единица температуры.

Температурная шкала Рёмера была создана в 1701 году датским астрономом Оле Кристенсеном Рёмером. Она стала прообразом шкалы Фаренгейта, который посещал Рёмера в 1708 году.

За нуль градусов берётся температура замерзания солёной воды. Вторая реперная точка — температура человеческого тела (30 градусов по измерениям Рёмера, то есть 42 °C). Тогда температура замерзания пресной воды получается, как 7,5 градусов (1/8 шкалы), а температура кипения воды — 60 градусов. Таким образом, шкала Рёмера — 60-градусная. Такой выбор, по-видимому, объясняется тем, что Рёмер прежде всего астроном, а число 60 было краеугольным камнем астрономии со времён Вавилона.

5. Градусы Ранкина

Шкала Ранкина (измеряется в градусах Ранкина — °Ra) — абсолютная температурная шкала, названа по имени шотландского физика Уильяма Ранкина (1820—1872). Используется в англоязычных странах для инженерных термодинамических расчётов.

Шкала Ранкина начинается при температуре абсолютного нуля, точка замерзания воды соответствует 491,67 °Ra, точка кипения воды 671,67 °Ra. Число градусов между точками замерзания и кипения воды по шкале Фаренгейта и Ранкина одинаково и равно 180.

6. Градусы Делиля

Градус Делиля (обозначение: °Д или °D)— ныне неупотребляемая единица измерения температуры. Была изобретена французским астрономом Жозефом Николя Делилем (1688—1768). Шкала Делиля схожа с температурной шкалой Реомюра. Использовалась в России в течение XVIII века.

Пётр I пригласил французского астронома Жозефа Николя Делиля в Россию, учреждая Академию Наук.

В 1727 году в Петербурге, в здании Кунсткамеры на Васильевском острове, открылась Астрономическая обсерватория. Среди приборов в ней были термометры Делиля — основателя обсерватории. В 1732 году Делиль создал термометр, использующий ртуть в качестве рабочей жидкости. В качестве нуля была выбрана температура кипения воды. За один градус было принято такое изменение температуры, которое приводило к уменьшению объёма ртути на одну стотысячную.

Таким образом, температура таяния льда составила 2400 градусов. Однако позже столь дробная шкала показалась избыточной, и уже зимой 1738 года коллега Делиля по Петербургской академии, медик Иосия Вейтбрехт (1702—1747), уменьшил число ступеней от температуры кипения до температуры замерзания воды до 150 градусов.

7. Градусы Гука

Градус Гука (°H) — историческая единица температуры. Шкала Гука считается самой первой температурной шкалой с фиксированным нулём.

Прообразом для созданной Гуком шкалы стал попавший к нему в 1661 термометр из Флоренции. В изданной через год «Микрографии» Гука встречается описание разработанной им шкалы. Гук определил один градус как изменение объёма спирта на 1/500, т. е. один градус Гука равен примерно 2,4 °C.

8. Градусы Дальтона

Градус Дальтона (°Dа) — историческая единица температуры. Он не имеет определённого значения (в единицах традиционных температурных шкал, таких как шкала Кельвина, Цельсия или Фаренгейта), поскольку шкала Дальтона — логарифмическая.

Шкала Дальтона была разработана Джоном Дальтоном для проведения измерений при высоких температурах, поскольку обычные термометры с равномерной шкалой давали ошибку из-за неравномерного расширения термометрической жидкости.

Нуль шкалы Дальтона соответствует нулю Цельсия. Отличительной чертой шкалы Дальтона является то, что в ней абсолютный нуль равен −∞ °Da, то есть он является недостижимой величиной (что на самом деле так, согласно теореме Нернста).

9. Градусы Ньютона

Градус Ньютона (°N) — неиспользуемая ныне единица температуры.

Температурная шкала Ньютона была разработана Исааком Ньютоном в 1701 году для проведения теплофизических исследований и стала, вероятно, прообразом шкалы Цельсия.

В качестве термометрической жидкости Ньютон использовал льняное масло. За ноль градусов Ньютон взял температуру замерзания пресной воды, а температуру человеческого тела он обозначил как 12 градусов. Таким образом, температура кипения воды стала равна 33 градусам.

10. Лейденский градус

Лейденский градус (°L или ÐL) — историческая единица температуры, использовавшаяся в начале XX века для измерения криогенных температур ниже −183 °C.

Эта шкала происходит из Лейдена, где с 1897 года находилась лаборатория Камерлинг-Оннеса. В 1957 году Х. ван Дийк и М. Дюро ввели шкалу L55.

За ноль градусов бралась температура кипения стандартного жидкого водорода (−253 °C), состоящего на 75 % из ортоводорода и на 25 % из параводорода. Вторая реперная точка — температура кипения жидкого кислорода (−193 °C).

LabVIEW

Создавать конвертер я буду в среде разработки LabVIEW. Выбрал я эту среду из-за простоты создания программы и графического языка программирования. Именно благодаря ему можно наглядно демонстрировать работу программы, например школьникам.

Программы созданные в LabVIEW называются виртуальные приборы и мог быть встроены в другие виртуальные приборы, благодаря этому конвертер температур можно встроить в другие программы без особого труда.[3]

Виртуальные приборы состоят из двух частей:

блочной диаграммы, описывающей логику работы виртуального прибора;

лицевой панели, описывающей внешний интерфейс виртуального прибора.

Лицевая панель виртуального прибора содержит средства ввода-вывода: кнопки, переключатели, светодиоды, верньеры, шкалы, информационные табло и т. п. Они используются человеком для управления виртуальным прибором, а также другими виртуальными приборами для обмена данными.

Блочная диаграмма содержит функциональные узлы, являющиеся источниками, приёмниками и средствами обработки данных. Также компонентами блочной диаграммы являются терминалы («задние контакты» объектов лицевой панели) и управляющие структуры (являющиеся аналогами таких элементов текстовых языков программирования, как условный оператор «IF», операторы цикла «FOR» и «WHILE» и т. п.). Функциональные узлы и терминалы объединены в единую схему линиями связей.[4]

Результаты

Создание своего конвертера я начал с фронтальной панели рисунок 2. Она должна была быть простой и понятной. Без лишних элементов. На ней мы видим 2 вкладки «Из Цельсия» и «В Цельсия». В первой вкладке (рис. 2а) мы можем задать нужное нам значение температуры в градусах Цельсия и автоматически получим ответ во всех остальных шкалах. Во второй вкладке мы вводим значение в ячейку нужной нам шкалы и получаем значение в градусах Цельсия.

Рисунок 2а — Фронтальная панель программы «из Цельсия»

Рисунок 2б — Фронтальная панель программы «в Цельсия»

Программа проводит вычисления по тем формулам, которые я описал. Ниже я постараюсь объяснить, как задать формулу программе.

На рисунке 3 представлена блок-схема конвертера. Тут всё точно так же, как и на фронтальной панели, первая вкладка фронтальной панели соответствует рисунку 3а. Слева вверху мы видим элемент куда поступает значение в градусах Цельсия, затем оно идет по «проводам» к элементам сложения, вычитания, деления. После всех манипуляций числа попадают в правую часть блок-схемы, где расположены элементы вывода в указанные шкалы.

Рисунок 3а — Блок-схема «из Цельсия»

Рисунок 3б — Блок-схема вкладки «в Цельсия»

На рисунке 3б у нас обратная ситуация. В левой части блок-схемы есть элементы ввода в различных шкалах температуры, затем так же по «проводам» значение в нужной шкале проходит преобразование и доходит до элемента вывода в правой части блок схемы. На выходе мы получаем значение в градусах Цельсия.

Заключение

Благодаря графическому языку программирования создания виртуальных приборов помогает также понять принцип работы настоящего прибора. Созданный мной проект это лишь верхушка айсберга. Как показала разработка, даже такая простая программа, как конвертер температуры может быть весьма интересна и с большим потенциалом в дальнейшей работе.

Таким образом конвертер температуры — это универсальный помощник, который нужен всем, не только школьнику на уроке физике, но и студенту в лаборатории. На основе графического языка программирования уже созданы такие приборы как барометр, психрометр. В разработке находится виртуальная метеорологическая станция.

Список литературы

Физика. Большой энциклопедический словарь / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1998. — С. 742. — 944 с.

Чертов А.Г. Единицы физических величин. — М.: «Высшая школа», 1977. — С. 203. — 287 с.

Создание виртуальных приборов в среде LabView: метод. указания к лаб. работам / Владим. гос. ун-т; сост. Н.Ю. Макарова. – Владимир: Изд-во Владим. гос. ун-та, 2010. – 59 с.

LabVIEW для радиоинженера: от виртуальной модели до реального прибора / Ю.К. Евдокимов, В.Р. Линдваль, Г.И. Щербаков. – М.: ДМК Пресс, 2007. – 400 с.

Код для цитирования: Скопировать