تحويل °R إلى K رانكين ↔ كلفن مجاناً عبر الإنترنت آمن

اللهب والأفران والمحركات: من رانكين إلى كلفن

تتعامل هندسة الاحتراق مع حرارة شديدة، وغالباً ما تعبّر عنها الكتيّبات الأمريكية بمقياس رانكين: فالميثان يحترق في الهواء قرب 4,000 °R، ولهب الهيدروجين والأكسجين يبلغ 5,544 °R، والغاز داخل أسطوانة المحرك يبلغ ذروته نحو 4,860 °R. وتعطي الأوراق المنشورة في أماكن أخرى الحالات نفسها بالكلفن. لتحويل °R إلى K اقسم على 1.8: فالقيمة 4,000 °R تساوي 2,222 K، والقيمة 5,544 °R تساوي 3,080 K، والقيمة 540 °R تساوي 300 K. تجري الحاسبة أعلاه القسمة أثناء الكتابة، وتربط الأقسام التالية الأرقام باللهب والمراجل والأفران الحرارية والمحركات والانبعاثات.

توقّع المعادلة مع أمثلة محلولة، ونبذة عن كل مقياس، ومقارنة بينهما، وجولة في ممارسات الاحتراق، والأخطاء التي ينبغي تجنبها. تبقى كل العمليات الحسابية في متصفحك.

كيف تحوّل °R إلى K: اقسم على 1.8

المعادلة

المعادلة هي K = °R ÷ 1.8، أو K = °R × 5/9. وعليه فإن 540 °R تعطي 300 K، و1,000 °R تعطي 555.56 K، و3,000 °R تعطي 1,666.7 K. وللعودة اضرب في 1.8. يبدأ المقياسان من الصفر المطلق، فلا يوجد انزياح يُطرح.

أمثلة محلولة

الهواء القياسي عند 518.67 °R يساوي 288.15 K. ولهب الميثان والهواء عند 4,000 °R يساوي 2,222 K. ومحرك ديزل في نهاية الانضغاط، نحو 1,620 °R، يساوي 900 K، وعادم عند 2,160 °R يساوي 1,200 K.

لماذا القسمة فقط

يشترك رانكين والكلفن في الصفر نفسه. ويختلفان في حجم الدرجة وحده، إذ إن الكلفن الواحد يساوي 1.8 من درجات رانكين. وهذا يجعل التحويل قسمة واحدة.

اختبار سلامة سريع

قيمة الكلفن تساوي 5/9 من قيمة رانكين، أي نحو 56 في المئة. فإذا كانت نتيجة حساب “حوّل °R إلى K” أكبر من المدخل، فهذا يعني أنك ضربت بدل أن تقسم.

مقياس رانكين

المقياس المطلق لبيانات الاحتراق بالوحدات الإنجليزية

رانكين هو درجة الحرارة المطلقة بدرجات بحجم درجات فهرنهايت. وتستخدمه نصوص الاحتراق وديناميكا الغازات الأمريكية إلى جانب Btu والأرطال، خاصة في درجات حرارة اللهب وحسابات قانون الغاز. ورمزه °R.

أين يظهر

كتيّبات الاحتراق وأدلة المراجل وديناميكا المحركات الحرارية بالوحدات الإنجليزية.

الكلفن

وحدة الحرارة في النظام الدولي

يبدأ الكلفن من الصفر المطلق. ويستخدمه علم الاحتراق والحركية الكيميائية والمعايير الدولية. وتدخل درجة الحرارة بالكلفن مباشرة في معادلة أرهينيوس وقانون الغاز وصيغ الإشعاع. ويُكتب K دون علامة الدرجة.

أين يظهر

الأوراق البحثية والمعايير الدولية وجداول الحركية.

رانكين مقابل كلفن

الكلفن الواحد يساوي 1.8 درجة رانكين. فلهب أسخن من آخر بمقدار 900 °R هو أسخن بمقدار 500 K. والمقياسان مطلقان، فنسب الحرارة واحدة: لهب عند 4,000 °R وهواء عند 540 °R يعطيان نسبة 7.4، كما يعطيها 2,222 K و300 K.

القسمة دقيقة، فلا يدخل أي تقريب في التحويل. والخطأ الشائع الوحيد هو الخلط بين رانكين وفهرنهايت.

أين يظهر التحويل

حرارة اللهب الأديباتية

تعتمد الحرارة التي سيبلغها اللهب دون فقد حراري على الوقود والمؤكسد. فالميثان في الهواء يعطي نحو 4,000 °R، أي 2,222 K. والبروبان في الهواء يعطي 4,081 °R، أي 2,267 K، والهيدروجين في الهواء 4,469 °R، أي 2,483 K، والأسيتيلين في الأكسجين 6,138 °R، أي 3,410 K، والهيدروجين في الأكسجين 5,544 °R، أي 3,080 K. ويوفّق حساب “حوّل °R إلى K” بين كتيّب أمريكي وورقة أوروبية.

المحركات

ذروة حرارة الغاز في محرك الإشعال بالشرارة قرب 2,700 K، أي 4,860 °R. وينتهي انضغاط الديزل قرب 900 K، أي 1,620 °R، وهو كافٍ لإشعال الوقود. ويغادر غاز العادم الأسطوانة عند نحو 1,200 K، أي 2,160 °R، ويبرد وهو يسير في الأنبوب.

الأفران والأفران الحرارية

يعمل فرن الزجاج قرب 1,900 K، أي 3,420 °R. ويحرق فرن الإسمنت الخليط الخام قرب 1,723 K، أي 3,101 °R. ويعمل فرن الجير قرب 1,370 K، أي 2,466 °R، ومحرقة النفايات عند نحو 1,373 K، أي 2,471 °R. ويستخدم المشغّلون فهرنهايت أو المئوية للتحكم، ورانكين في الكتب الدراسية وحدها.

أكاسيد النيتروجين الحرارية

تتكون أكاسيد النيتروجين في اللهب عندما تتجاوز الحرارة نحو 1,800 K، أي 3,240 °R. ويرتفع المعدل بشدة مع الحرارة، فخفض قدره 100 K، أي 180 °R، قد يقلل الانبعاثات كثيراً. وتخفض الشعلات منخفضة أكاسيد النيتروجين ذروة الحرارة بخلط غاز المداخن أو بتدريج الهواء. وتذكر الأوراق البيئية الكلفن، وتعطي المذكرات الهندسية الأمريكية °F أو °R.

استرجاع الحرارة

غاز المداخن الذي يغادر مرجلاً عند 450 K، أي 810 °R، يحمل طاقة يمكن لمبادل حراري استردادها. وتبريده إلى 380 K، أي 684 °R، يسترد حرارة لكنه يخاطر بتكثف حمضي تحت نقطة الندى. ويعمل المصمم بفروق الحرارة، وبالحرارة المطلقة في موازنة الإنتروبيا للمبادل.

صيغ جداول البيانات

ضع قيم رانكين في العمود A واستخدم =A2/1.8 في العمود B. وللعكس استخدم =B2*1.8. وفي الفروق تنطبق العوامل نفسها. نسّق بخانة عشرية واحدة واكتب الوحدة في كل رأس، ليمكن تمرير الجدول إلى زميل دون ملاحظة.

التقريب والدقة

القسمة دقيقة لكنها كثيراً ما لا تنتهي: 1,000 °R تساوي 555.555… K. طابِق الخانات مع المصدر. فحرارات اللهب معروفة بضع عشرات من الكلفن في أحسن الأحوال، ولذلك فإن الأفضل كتابة 2,222 K على أنها نحو 2,220 K. ولا تذكر دقة تزيد على ما يسوّغه الحساب الأصلي.

التقدير دون حاسبة

خذ نصف رقم رانكين، ثم أضف عُشر ذلك النصف. بالنسبة إلى 4,000 °R يكون النصف 2,000 والعُشر 200، فتحصل على 2,200 K مقابل القيمة الدقيقة 2,222. وبالنسبة إلى 540 °R تكون النتيجة 297 K. وعند حرارات اللهب يقع التقدير في حدود واحد في المئة، وهو أدق مما تستحقه البيانات.

قيم مرجعية تُحفَظ

491.67 °R تساوي 273.15 K، و518.67 °R تساوي 288.15 K، و540 °R تساوي 300 K، و671.67 °R تساوي 373.15 K، و1,800 °R تساوي 1,000 K. وبالنسبة إلى اللهب فإن 4,000 °R تساوي نحو 2,220 K. وتساعدك هذه القيم على اكتشاف خطأ في جدول بنظرة واحدة.

سلّم مرجعي

0 °R تساوي 0 K. 36.5 °R تساوي 20.3 K. 139.25 °R تساوي 77.4 K. 540 °R تساوي 300 K. 1,000 °R تساوي 555.6 K. 1,800 °R تساوي 1,000 K. 3,240 °R تساوي 1,800 K. 4,000 °R تساوي 2,222 K. 5,544 °R تساوي 3,080 K. وسلّم كهذا يسرّع التحقق.

الفحص بالعكس

للتحقق من أي نتيجة تحويل °R إلى K اضرب في 1.8 وانظر هل تعود إلى البداية. فإذا صارت 540 °R إلى 300 K، فإن 300 مضروبة في 1.8 تساوي 540. والاختبار الثاني هو النسبة: يجب أن تكون قيمة رانكين 1.8 مرة قيمة الكلفن.

الصلة بفهرنهايت والمئوية

رانكين يساوي فهرنهايت زائد 459.67، والكلفن يساوي المئوية زائد 273.15. فإذا بدأت من حرارة لهب بفهرنهايت قدرها 3,540 °F فإنك تضيف 459.67 لتصل إلى 4,000 °R، وتقسم على 1.8 لتصل إلى 2,222 K، وتطرح 273.15 لتصل إلى 1,949 °C. وكل خطوة سهلة، والسلسلة تتيح التحقق من القيمة النهائية.

الفروق مقابل القيم المطلقة

فارق قدره 180 °R يساوي فارقاً قدره 100 K، وارتفاع قدره 900 °R عبر مرجل يساوي 500 K. وبما أن المقياسين يشتركان في الصفر، فإن الفروق تتحول تماماً كما تتحول القراءات المطلقة. وهذا بخلاف فهرنهايت والمئوية، حيث ينطبق الانزياح على القيم المطلقة وحدها ولا ينطبق على الفروق أبداً.

كتابة الوحدة كما ينبغي

اكتب رانكين °R والكلفن K، مع مسافة بعد الرقم. وفي التقارير الموجهة إلى جمهور دولي اذكر الاثنين: 4,000 °R (2,222 K). والرقم 4,000 وحده غامض في ورقة عن الاحتراق، لأنه قد يكون رانكين أو فهرنهايت أو كلفن، وهي تصف ألسنة لهب مختلفة جداً.

التوربينات الغازية

تبلغ حرارة مدخل التوربين الغازي الحديث 1,700 K، أي 3,060 °R. وارتفاع حرارة المدخل يعني كفاءة أعلى، لكن الريش يجب أن تتحملها بالتبريد الداخلي وطلاءات العزل الحراري. وتعتمد كفاءة دورة برايتون المثالية على نسبة الضغط وحدها، بينما يزداد الشغل النوعي مع نسبة الحرارة بين 3,060 °R و518.67 °R، وهي 5.9.

خصائص الوقود بالوحدات الإنجليزية

تسرد جداول الوقود الأمريكية قيم التسخين بوحدة Btu لكل رطل أو لكل قدم مكعبة. يملك الميثان نحو 21,500 Btu/lb، أي 50 MJ/kg. وعامل التحويل هو 2.326 kJ/kg لكل Btu/lb. والحرارة ليست إلا واحدة من عدة كميات تحتاج إلى تحويل، وحساب “حوّل °R إلى K” أسهلها.

برامج الحاسوب للاحتراق

تقبل برمجيات الحركية الكيميائية الحرارة بالكلفن. وقد تحمل البيانات القديمة من مصادر الوحدات الإنجليزية حرارات برانكين. والمستخدم الذي يعطي قيمة رانكين لبرنامج ينتظر الكلفن يحصل على نتيجة خاطئة بعامل 1.8، وهذا ما يمنعه حساب “حوّل °R إلى K” في مرحلة الإدخال.

تدريس الاحتراق

يستطيع المدرّس أن يوضح الكميات في لهب شمعة بمزدوجة حرارية، تعطي نحو 1,600 K، أي 2,900 °R، في المنطقة المضيئة. ثم يحسب الطلاب القدرة الإشعاعية للهب في نظامي الوحدات. ويعلّم التمرين لماذا تهم الحرارة المطلقة، وكيف تسبق خطوة حساب “حوّل °R إلى K” كل حساب.

السناج ولون اللهب

يأتي التوهج الأصفر للشمعة من جسيمات سناج ساخنة تشع مثل أجسام سوداء صغيرة عند نحو 1,600 K، أي 2,880 °R. أما لهب الغاز الأزرق فسناجه قليل ويتوهج من جزيئات مثارة بدلاً من ذلك. وموقد بنزن مفتوح فتحة الهواء يحترق أسخن وأنظف من مغلقها. ويكتب الكيميائيون الحرارات بالكلفن، وقد تكون ورقة صفية من الولايات المتحدة بوحدة °R.

التحقيق في الحرائق

يقدّر المحققون حرارة الحرائق من آثارها في المواد. فالألومنيوم ينصهر عند 933 K، أي 1,680 °R، والزجاج يلين قرب 1,000 K، أي 1,800 °R، والفولاذ يفقد نصف قوته قرب 870 K، أي 1,566 °R. وتقرير يذكر ألومنيوماً منصهراً يخبر القارئ أن الحريق تجاوز 933 K، وهي قيمة تظهر في الوثائق الأمريكية على أنها 1,220 °F أو 1,680 °R.

الحرارة المتحررة من احتراق الوقود

كيلوغرام من الميثان يعطي نحو 50 MJ ويحتاج إلى نحو 17 kg من الهواء ليحترق. وعند توزيعها على نحو 18 kg من النواتج بحرارة نوعية قرب 1.2 kJ/(kg·K)، سترفع تلك الحرارة الحرارة بنحو 2,300 K، وهو ما يطابق ألسنة اللهب الحقيقية، حين يؤخذ تفكك النواتج في الحسبان. وفي حساب بالوحدات الإنجليزية تكون الحرارة نفسها 21,500 Btu لكل رطل ويُذكر الارتفاع بوحدة °R. وتحويل الحرارة النهائية بحساب “حوّل °R إلى K” يتيح مقارنة الحسابين.

إثراء الأكسجين

الاحتراق في هواء مثرى بالأكسجين يرفع حرارة اللهب ويقلل حجم غاز المداخن. فالميثان في أكسجين نقي يبلغ نحو 3,050 K، أي 5,490 °R، مقابل 2,223 K، أي 4,001 °R، في الهواء. وتستخدم أفران الزجاج والمعادن الإشعال بالأكسجين والوقود لهذا السبب. وتعطي الأوراق في هذا الموضوع، المكتوبة لجمهور عالمي، الكلفن، بينما تستخدم المذكرات التجارية الأمريكية °F أو °R، ولذلك يظهر حساب “حوّل °R إلى K” في كل مقارنة تقريباً.

ثبات اللهب والانطفاء

يبقى اللهب ملتصقاً بالشعلة عندما يتدفق الغاز غير المحترق بسرعة قريبة من سرعة الاحتراق. وترتفع سرعة الاحتراق مع حرارة الغاز غير المحترق، تقريباً مع مربع الحرارة المطلقة. وتسخين خليط من 300 K، أي 540 °R، إلى 600 K، أي 1,080 °R، يضاعف السرعة أربع مرات في هذه القاعدة التقريبية. ونسبة 2 في الحرارة المطلقة هي نفسها في أي من المقياسين.

المراجل

يعمل فرن المرجل الكبير قرب 1,500 K، أي 2,700 °R، بينما يكون البخار الذي ينتجه عند نحو 811 K، أي 1,460 °R. والفجوة بينهما مصدر للاعكوسية، ولهذا تستخدم الدورات المركبة الغاز أولاً في توربين ثم في المرجل. وحساب “حوّل °R إلى K” لكل نقطة يحوّل مخططاً أمريكياً إلى مخطط أوروبي.

حرائق الخشب والمواقد

لهب موقد الخشب نحو 1,300 K، أي 2,340 °R، بينما يبلغ متوسط لهب حريق الغابات قرب 1,100 K، أي 1,980 °R. ولهب الشمعة عند نحو 1,670 K، أي 3,006 °R، في أسخن منطقة منه. ويبدأ الخشب بالاشتعال قرب 570 K، أي 1,026 °R. وتذكر معايير السلامة من الحرائق في البلدان المختلفة هذه الأرقام بمقاييسها الخاصة.

غازات اللحام

يبلغ لهب الأوكسي أسيتيلين نحو 3,410 K، أي 6,138 °R، وهو ساخن بما يكفي لصهر الفولاذ عند نحو 1,811 K، أي 3,260 °R. وتتجاوز بلازما لحام القوس 6,000 K، أي 10,800 °R. وتسرد كتيّبات اللحام تدفق الغاز وأنواع اللهب، وتُعطى الحرارات من الشركة المصنعة بالمقياس الذي يناسب السوق.

احتراق الصواريخ

حرارة الغرفة في محرك الكيروسين والأكسجين نحو 3,500 K، أي 6,300 °R، وفي الهيدروجين والأكسجين نحو 3,300 K، أي 5,940 °R. وتعتمد سرعة العادم على الجذر التربيعي لحرارة الغرفة، فزيادة قدرها 10 في المئة تعطي سرعة أعلى بنسبة 5 في المئة. وكثيراً ما تستخدم نصوص الصواريخ الأمريكية °R في المعادلات.

الإشعال بالانضغاط

يشتعل وقود الديزل لأن هواءً مضغوطاً بنسبة 16 إلى 1 يبلغ نحو 900 K. وبالبدء من 300 K، أي 540 °R، تكون الحرارة النهائية 300 × 16^0.4 = 909 K، أي 1,636 °R. والتشغيل على البارد صعب لأن المحرك البارد يفقد الحرارة إلى الجدران، وتساعد شمعات التوهج. ويحسب الطلاب الحرارة النهائية بالكلفن أو برانكين، ولا يحسبونها بالمئوية أو بفهرنهايت أبداً.

الاشتعال الذاتي

يشتعل الهيدروجين ذاتياً قرب 773 K، أي 1,391 °R، والبروبان قرب 723 K، أي 1,301 °R، والبنزين قرب 530 K، أي 954 °R. ويشتعل الورق قرب 506 K، أي 911 °R. وتحدد هذه الأرقام حرارات الأسطح الآمنة للمعدات في المناطق الخطرة، وتعطيها اللوائح بالمئوية، وتضيف الوثائق الأمريكية فهرنهايت.

الإشعاع الحراري من اللهب

يشع اللهب بحسب القوة الرابعة لحرارته المطلقة. فلهب عند 2,000 K يشع 16 مرة قدر ما يشعه لهب عند 1,000 K لكل وحدة مساحة. وبالوحدات الإنجليزية هذا هو 3,600 °R مقابل 1,800 °R. ويستخدم مصممو الأفران المقياس الذي تحتاجه صيغتهم، ويوفّق حساب “حوّل °R إلى K” بين النتائج.

قيم أخرى لتحويل °R إلى K

قائمة أطول من التحويلات

إذا لم تكن القيمة التي تحتاجها في القائمة الأولى، فقد تكون هذه التحويلات الإضافية قريبة بما يكفي لقراءتها مباشرة:

• -273.15 °R = -151.75 K
• -100 °R = -55.5556 K
• -20 °R = -11.1111 K
• 10 °R = 5.55556 K
• 15 °R = 8.33333 K
• 25 °R = 13.8889 K
• 30 °R = 16.6667 K
• 50 °R = 27.7778 K

أخطاء شائعة في حساب “حوّل °R إلى K”

تطبيق انزياح

يشترك المقياسان في الصفر، فلا دور لـ 459.67 ولا لـ 273.15. 540 °R تساوي 300 K.

معاملة رانكين على أنه فهرنهايت

الدرجة نفسها والصفر مختلف. 540 °R تساوي 80.33 °F، لا 540 °F.

الضرب حيث تلزم القسمة

الكلفن هو الوحدة الأكبر، فيصغر الرقم. فإذا صارت 540 °R إلى 972، فقد طُبّق العامل بالمقلوب.

إجابات سريعة

ما طريقة حساب “حوّل °R إلى K”؟

اقسم قيمة رانكين على 1.8.

كم تساوي 540 °R بالكلفن؟

300 K.

كم تساوي 491.67 °R بالكلفن؟

273.15 K.

كم تساوي 0 °R بالكلفن؟

0 K.

هل يُخزَّن الرقم الذي أدخله أو يُرسَل؟

لا، يبقى على جهازك.

إلى أين بعد ذلك

أدوات الحرارة الأخرى مدرجة هنا: حوّل °R إلى °F، حوّل °R إلى °C، حوّل °C إلى K، حوّل °F إلى K، حوّل K إلى °C، حوّل km إلى mi، حوّل mi إلى km، حوّل L إلى gal، حوّل gal إلى L. وللاتجاه المعاكس استخدم حوّل K إلى °R.

الخلاصة: يقسم حساب “حوّل °R إلى K” على 1.8 ويضع على النتيجة الوحدة K دون علامة درجة. والرقم الذي تدخله يبقى على جهازك.