Конвертировать K в °R Кельвин ↔ Ранкин Бесплатно Онлайн Безопасно

Тепловое проектирование космических аппаратов: кельвины в градусы Ранкина

Спутник — тепловая головоломка. Одна его сторона обращена к Солнцу с потоком более 1 300 ватт на квадратный метр, другая смотрит в глубокий космос с температурой около 3 кельвинов, а электроника внутри должна оставаться в узком диапазоне. Команды, работающие на американских заказчиков или по старым отчётам в английских единицах, часто выражают те же числа в градусах Ранкина. Чтобы конвертировать K в °R, умножьте на 9/5: 300 K — это 540 °R, 273,15 K — 491,67 °R, а 40 K — 72 °R. Калькулятор выше умножает по мере ввода, а разделы ниже показывают, что означают цифры для солнечного света, радиаторов, криогенных приборов и тепловых испытаний.

Вы найдёте формулу с разобранными примерами, краткое описание каждой шкалы, сравнение, длинный набор случаев из космонавтики и промахи, которых следует избегать. Арифметика выполняется в вашем браузере, и набранное вами никуда не отправляется.

Как конвертировать K в °R: умножьте на 9/5

Формула

Формула такова: °R = K × 9/5, то есть K × 1.8. Так, 300 K даёт 540 °R, 373,15 K даёт 671,67 °R, а 5 772 K даёт 10 389,6 °R. Чтобы вернуться, разделите на 1,8. Обе шкалы начинаются в абсолютном нуле, поэтому смещения для прибавления или вычитания нет.

Разобранные примеры

Жидкий азот при 77,36 K — это 139,25 °R. Жидкий гелий при 4,2 K — 7,56 °R. Комнатная температура, 293,15 K, — 527,67 °R. Равновесная температура сферы на расстоянии Земли от Солнца, около 278,6 K, — 501,5 °R.

Почему только умножение

Кельвин и Ранкин оба начинаются в абсолютном нуле. Они различаются лишь размером градуса: один кельвин равен 1,8 градуса Ранкина, поэтому конвертацию выполняет единственное умножение.

Быстрая проверка на здравый смысл

Значение по Ранкину всегда ровно на 80 процентов больше значения в кельвинах. Если результат расчёта «конвертировать K в °R» не в 1,8 раза больше входного, коэффициент был неверным.

Кельвин

Шкала космической науки

Кельвин — единица температуры в СИ, используемая космическими агентствами всего мира в тепловых моделях, планах испытаний и спецификациях приборов. Пишется K, без знака градуса.

Где он встречается

Тепловые модели, технические листы приборов, спецификации испытаний и отчёты миссий.

Шкала Ранкина

Абсолютная шкала английских единиц

Ранкин — абсолютная температура в градусах размера Фаренгейта. Она встречается в старых американских аэрокосмических документах и в расчётах, также использующих футы, фунты и Btu. Символ — °R.

Где она встречается

Старые отчёты NASA, спецификации подрядчиков в английских единицах и учебники по термодинамике.

Кельвин против Ранкина

Один кельвин равен 1,8 градуса Ранкина. Температурный размах в 100 K на поверхности спутника — это размах в 180 °R. Обе шкалы абсолютные, поэтому отношения температур одинаковы: 600 K на 300 K — это 2, как и 1080 °R на 540 °R — это 2.

Умножение точное, поэтому в конвертации нет округления. Единственный частый промах — путать Ранкин с Фаренгейтом.

Где встречается конвертация

Тепло Солнца на космическом аппарате

Солнечная постоянная составляет около 1 361 W/m², то есть 431 Btu в час на квадратный фут. Плоская пластина на расстоянии Земли, обращённая к Солнцу, с равными поглощательной и излучательной способностью и излучающая с одной стороны, достигает около 394 K, тогда как сфера в среднем имеет 278,6 K, или 501,5 °R. Шаг расчёта «конвертировать K в °R» превращает результаты модели в английские единицы для отчёта заказчика.

Радиаторы

Радиатор при 300 K, или 540 °R, с излучательной способностью 0,85 отдаёт 390 W/m², то есть 124 Btu в час на квадратный фут. При 330 K, или 594 °R, он излучает 572 W/m². Излучение растёт как четвёртая степень абсолютной температуры, поэтому выбор шкалы имеет значение лишь для константы.

Пределы электроники

Типичная электроника квалифицируется от −40 до +85 °C, то есть от 233,15 до 358,15 K, или от 419,7 до 644,7 °R. Аккумуляторы предпочитают 273–313 K, или 491,7–563,4 °R. Гидразиновое топливо замерзает при примерно 274,7 K, то есть 494,5 °R, поэтому баки нуждаются в нагревателях.

Космический телескоп Джеймса Уэбба

Зеркало и оптика Уэбба находятся около 40 K, то есть 72 °R, а его детектор среднего инфракрасного диапазона охлаждается примерно до 7 K, или 12,6 °R. Солнцезащитный экран держит холодную сторону около 36 K, или 64,8 °R, тогда как сторона, обращённая к Солнцу, достигает около 383 K, или 689 °R. Разность примерно в 347 K, или 625 °R, охватывает слои экрана.

Аккумуляторы на орбите

Литий-ионная батарея на орбите поддерживается между 278 и 303 K, или 500 и 545 °R, нагревателями и радиаторами. Зарядка ниже 273 K, или 491,7 °R, грозит осаждением лития. Оператор миссии, читающий телеметрию, может видеть значения в сырых отсчётах, переводимых таблицей в кельвины, а затем в °R для отчёта в английских единицах.

Возвращаемые капсулы

Капсула, возвращающаяся с Луны, встречает температуры поверхности в несколько тысяч кельвинов. Поверхность теплового экрана при 3 000 K — это 5 400 °R, а при 2 500 K — 4 500 °R. При таких значениях достаточно простого умножения на 1,8, поскольку смещение между кельвинами и Ранкином равно нулю.

Антенны и датчики

Приёмники радиоастрономии охлаждают до 15–20 K, то есть 27–36 °R, чтобы снизить шум. Шумовая температура, мера качества приёмника, выражается в кельвинах: система с шумовой температурой 30 K — это 54 °R. Документы в английских единицах иногда дают шум в °R, и конвертация сохраняет согласованность цифр.

Формулы для электронных таблиц

Поместите значения в кельвинах в столбец A и используйте =A2*1.8 в столбце B. Для обратного направления используйте =B2/1.8. Для разностей применима та же формула, поскольку смещения нет. Подпишите каждый столбец единицей и используйте два десятичных знака для значений около комнатной температуры.

Округление и точность

Умножение точное. Тепловые модели часто несут три значащие цифры, поэтому 278,6 K становится 501,5 °R, а не 501,480. Сохраняйте столько цифр, сколько поддерживает источник. Когда таблица перечисляет обе единицы, ставьте исходную первой, а конвертированное значение — в скобках.

Мысленный приём

Удвойте значение в кельвинах и отнимите десятую часть результата. Для 300 K: 600 минус 60 даёт 540 °R. Для 77 K: 154 минус 15,4 даёт 138,6 °R. Поскольку 2 минус 0,2 — ровно 1,8, приём точен.

Опорные значения для запоминания

4,2 K — это 7,56 °R, 77 K — 138,6 °R, 273,15 K — 491,67 °R, 293,15 K — 527,67 °R, 300 K — 540 °R, а 373,15 K — 671,67 °R. Эти шесть значений служат опорой для большинства тепловых обсуждений в космической инженерии.

Справочная лестница

2,725 K — это 4,9 °R. 20 K — это 36 °R. 100 K — это 180 °R. 233,15 K — это 419,67 °R. 300 K — это 540 °R. 394 K — это 709,2 °R. 1 000 K — это 1 800 °R. 5 772 K — это 10 389,6 °R. Такая лестница делает возможной быструю проверку.

Проверка обратным расчётом

Чтобы проверить любой результат конвертации K в °R, разделите на 1,8 и посмотрите, вернётесь ли вы к началу. Если 300 K превратились в 540 °R, то 540, делённое на 1,8, — это 300. Вторая проверка — отношение: цифра по Ранкину должна быть в 1,8 раза больше цифры в кельвинах.

Связь с Фаренгейтом

Ранкин — это Фаренгейт плюс 459,67, поэтому 540 °R — это 80,33 °F. Чтобы перейти от кельвинов к Фаренгейту, умножьте на 1,8 и вычтите 459,67. Космические документы американских подрядчиков обычно указывают Фаренгейт для горячих компонентов и Ранкин для уравнений. Переходы между тремя — ежедневная задача тепловых инженеров.

Криогенные топлива

Жидкий кислород кипит при 90,19 K, или 162,3 °R, а жидкий водород — при 20,28 K, или 36,5 °R. Метан кипит при 111,7 K, или 201 °R. Документы по запускам в английских единицах часто указывают температуры топлива в °R или °F, а инженеры, читающие их, приводят обе к кельвинам для сравнения с европейскими данными.

Разности температур

Разность в 10 K — это разность в 18 °R. Размах в 50 K — это 90 °R. Поскольку смещения между шкалами нет, разность конвертируется ровно как абсолютное значение. Поэтому тепловые балансы с ΔT конвертируются просто, тогда как использующие Фаренгейт или Цельсий требуют осторожности.

Правильная запись единиц

Пишите кельвин как K, без знака градуса, а Ранкин — как °R со знаком градуса. Ставьте пробел между числом и символом. В смешанных документах подписывайте единицу на каждом столбце. Значение вроде 540 может быть комнатой по Ранкину или очень горячим объектом в кельвинах.

Почему Ранкин сохраняется в аэрокосмической отрасли

Английские единицы сохраняются в американской аэрокосмической отрасли, потому что большой массив данных, оборудования и программ был построен таким образом — от чертежей топливных баков в дюймах до тяги в фунтах. Ранкин вписывается как абсолютная шкала для такой работы. Новые программы используют СИ и кельвины, но инженеру, работающему на разных проектах, нужны обе, а формула расчёта «конвертировать K в °R» занимает секунды.

Лунные ночи и нагреватели выживания

На Луне ночь длится около 14 земных суток, а температуры поверхности падают до 100 K или ниже, то есть 180 °R. Посадочный аппарат должен держать аккумуляторы и электронику выше их пределов, около 273 K, или 491,7 °R, радиоизотопными нагревателями или запасённой энергией. Планирование необходимой энергии означает интегрирование тепловых потерь по разности температур около 173 K, или 311 °R, а итоговая цифра указывается в ватт-часах или Btu.

Планетные зонды

Зонд, спускающийся на Венеру, встречает 737 K, то есть 1 327 °R, и давление 92 бар. Зонд на Титан встречает 94 K, или 169 °R. Теплоизоляция и материалы с фазовым переходом продлевают жизнь электроники на часы в таких местах. Отчёты разных космических агентств приводят те же числа в кельвинах, Цельсии или Ранкине, и инженеры переходят между ними в порядке рутины.

Гравитационные манёвры и холодные планеты

Миссии к внешним планетам летят годами и проходят области, где окружающая температура составляет всего несколько десятков кельвинов. Зонд возле Сатурна, при около 80 K в тени, то есть 144 °R, нуждается в радиоизотопных нагревателях. Мощность, оставшаяся в конце миссии, определяет, сколько нагревателей может оставаться включёнными, а тепловая модель решается в кельвинах, затем пересказывается в Ранкине в отчёте американского подрядчика.

Испытания оптики при криогенных температурах

Зеркала телескопов испытывают в камерах, охлаждаемых гелием до 20 K или ниже, то есть 36 °R. Форма стеклянного или бериллиевого зеркала слегка меняется между комнатной температурой и 40 K, и инженеры измеряют это изменение интерферометрами. Результаты указывают на кельвин, а отчёт об испытаниях для американского агентства может потребовать те же числа на градус Ранкина, что в 1,8 раза меньше.

Термовакуумные испытания

Космическое оборудование циклируют между горячими и холодными крайностями в вакуумной камере, часто от 218 K до 398 K, то есть от 393 °R до 717 °R. Типичное испытание проходит от четырёх до восьми циклов с выдержкой в часы на каждой крайности. Заказчики указывают температуры в своих единицах, и расчёт «конвертировать K в °R» — часть рассмотрения плана испытаний, чтобы пределы согласовывались во всех документах.

Тепловые трубки

Аммиачная тепловая трубка работает примерно между 213 и 373 K, то есть 383–672 °R. Водяная тепловая трубка работает от 293 до 473 K. Тепловые трубки переносят тепло с малым перепадом температуры, часто 2 или 3 K, то есть 3,6–5,4 °R. Спецификации американских поставщиков могут указывать диапазоны в °F, и таблица эквивалентов, составленная расчётом «конвертировать K в °R» для каждого предела, — полезное приложение.

Инфракрасное излучение Земли и альбедо

Земля излучает в среднем около 237 W/m² в виде инфракрасного излучения, 75 Btu в час на квадратный фут, и отражает около 30 процентов солнечного света. Спутник на низкой орбите получает и то и другое. Модели выражают температуры в кельвинах, а отчёт для американского агентства может пересказать их в Ранкине, чтобы тепловой поток и температура имели общую систему единиц.

Многослойная изоляция

Многослойная изоляция, золотистые покрывала на космических аппаратах, может уменьшить радиационный теплообмен в 10–100 раз. Между внутренней температурой 300 K, то есть 540 °R, и внешней 100 K, то есть 180 °R, покрывало с эффективной излучательной способностью 0,01 пропускает около 4,5 W/m² по сравнению с 45 W/m² через голую поверхность с излучательной способностью 0,1. Разница драматична в любой шкале, а расчёт «конвертировать K в °R» для каждой граничной температуры питает английскую версию той же оценки.

Тепловое расширение

Алюминий расширяется примерно на 23 миллионных доли на кельвин, то есть 12,8 на миллион на градус Ранкина. Конструкция в 2 m, нагревающаяся на 100 K, или 180 °R, вырастает на 4,6 mm. Оптические скамьи делают из материалов с низким расширением, чтобы юстировка пережила такие изменения, а спецификации даются на кельвин или на °F с тем же множителем 1,8.

Теплоёмкость деталей космических аппаратов

Удельная теплоёмкость алюминия — 0,90 kJ/(kg·K), то есть 0,215 Btu/(lb·°R). Нагрев алюминиевой панели массой 100 kg на 10 K, или 18 °R, требует 900 kJ, то есть 853 Btu. Коэффициент между kJ/(kg·K) и Btu/(lb·°R) — 4,1868, тогда как множитель 1,8 применяется только к изменению температуры. Их путаница — классическая ошибка.

Солнечные батареи и температура

Солнечная панель на орбите может иметь диапазон от 150 K в затмении, 270 °R, до 380 K на солнце, 684 °R. Кремниевые элементы теряют эффективность от нагрева, около 0,4 процента на кельвин, то есть 0,22 процента на градус Ранкина. При 340 K, или 612 °R, то есть на 40 K горячее опорных 300 K, потеря составляет около 16 процентов. Расчёт «конвертировать K в °R» используется, чтобы привести технический лист к нужной шкале.

Больше значений для конвертации K в °R

Более длинный список конвертаций

Если нужного вам значения нет в первом списке, эти дополнительные конвертации могут оказаться достаточно близкими, чтобы считать напрямую:

• -273,15 K = -491,67 °R
• -100 K = -180 °R
• -20 K = -36 °R
• 10 K = 18 °R
• 15 K = 27 °R
• 25 K = 45 °R
• 30 K = 54 °R
• 50 K = 90 °R

Частые промахи при конвертации K в °R

Прибавление смещения

Кельвин и Ранкин начинаются с одной точки. Не прибавляйте 459,67 или 273,15. 300 K — это 540 °R.

Путаница Ранкина с Фаренгейтом

Градусы одного размера, но нули различаются. 540 °R — это 80,33 °F, а не 540 °F.

Применение 1,8 не к той величине

Множитель 1,8 применим к температурам. Удельная теплоёмкость использует 4,1868, а тепловой поток — 0,317, так что у каждой величины свой коэффициент.

Быстрые вопросы

Каков метод расчёта «конвертировать K в °R»?

Умножьте значение в кельвинах на 1,8.

Сколько 300 K в градусах Ранкина?

540 °R.

Сколько 273,15 K в градусах Ранкина?

491,67 °R.

Сколько 0 K в градусах Ранкина?

0 °R.

Сохраняется или отправляется ли моя цифра?

Нет, она остаётся на вашем устройстве.

Куда двигаться дальше

Другие конвертеры температуры перечислены здесь: Конвертировать K в °C, Конвертировать K в °F, Конвертировать °C в °R, Конвертировать °F в °R, Конвертировать °R в °C, Конвертировать km в mi, Конвертировать mi в km, Конвертировать L в gal, Конвертировать gal в L. Если вам нужно обратное направление, используйте Конвертировать °R в K.

Главное: расчёт «конвертировать K в °R» умножает на 1,8 и подписывает результат °R. Вводимая вами цифра обрабатывается только на вашем устройстве.