Chuyển K sang °R Kelvin ↔ Rankine Miễn phí Trực tuyến An toàn

Thiết kế nhiệt cho tàu vũ trụ: từ kelvin sang độ Rankine

Một vệ tinh là một câu đố nhiệt. Một mặt hướng về Mặt Trời với hơn 1.300 oát trên mét vuông, mặt kia nhìn vào không gian sâu gần 3 kelvin, và thiết bị điện tử bên trong phải ở trong một dải hẹp. Các nhóm làm việc cho khách hàng Mỹ hoặc từ các báo cáo đơn vị Anh cũ thường biểu thị cùng những con số đó bằng độ Rankine. Để chuyển K sang °R, hãy nhân với 9/5: 300 K là 540 °R, 273,15 K là 491,67 °R và 40 K là 72 °R. Bộ tính ở trên nhân ngay khi bạn gõ, và các phần dưới cho thấy các con số có nghĩa gì với ánh nắng, bộ tản nhiệt, dụng cụ cryo và thử nghiệm nhiệt.

Bạn sẽ thấy công thức kèm ví dụ, một hồ sơ ngắn của từng thang đo, một phép so sánh, một bộ dài các trường hợp từ bay vũ trụ và những sai sót cần tránh. Phép tính chạy trong trình duyệt của bạn, và những gì bạn gõ không được gửi đi đâu cả.

Cách chuyển K sang °R: nhân với 9/5

Công thức

Công thức là °R = K × 9/5, tức K × 1,8. Vậy 300 K cho 540 °R, 373,15 K cho 671,67 °R và 5.772 K cho 10.389,6 °R. Để đổi ngược lại, hãy chia cho 1,8. Cả hai thang đều bắt đầu ở độ không tuyệt đối, nên không có độ lệch nào để cộng hay trừ.

Ví dụ có lời giải

Nitơ lỏng ở 77,36 K là 139,25 °R. Heli lỏng ở 4,2 K là 7,56 °R. Nhiệt độ phòng, 293,15 K, là 527,67 °R. Nhiệt độ cân bằng của một quả cầu ở khoảng cách của Trái Đất đến Mặt Trời, khoảng 278,6 K, là 501,5 °R.

Vì sao chỉ là một phép nhân

Kelvin và Rankine đều bắt đầu ở độ không tuyệt đối. Chúng chỉ khác nhau ở cỡ của độ: một kelvin là 1,8 độ Rankine, nên một phép nhân duy nhất thực hiện việc chuyển đổi.

Một phép thử nhanh

Giá trị Rankine luôn lớn hơn giá trị kelvin đúng 80 phần trăm. Nếu kết quả của một phép “chuyển K sang °R” không bằng 1,8 lần đầu vào, hệ số đã sai.

Kelvin

Thang đo của khoa học vũ trụ

Kelvin là đơn vị SI của nhiệt độ, được các cơ quan vũ trụ trên toàn thế giới dùng trong mô hình nhiệt, kế hoạch thử nghiệm và đặc tả dụng cụ. Nó được viết là K, không có dấu độ.

Nó xuất hiện ở đâu

Mô hình nhiệt, bảng dữ liệu dụng cụ, đặc tả thử nghiệm và báo cáo sứ mệnh.

Thang Rankine

Thang tuyệt đối theo đơn vị Anh

Rankine là nhiệt độ tuyệt đối theo các độ cỡ Fahrenheit. Nó xuất hiện trong các tài liệu hàng không vũ trụ Mỹ cũ và trong các phép tính cũng dùng feet, pound và Btu. Ký hiệu là °R.

Nó xuất hiện ở đâu

Các báo cáo NASA cũ, đặc tả của nhà thầu theo đơn vị Anh và sách giáo khoa nhiệt động lực học.

Kelvin so với Rankine

Một kelvin bằng 1,8 độ Rankine. Một dao động nhiệt độ 100 K trên bề mặt vệ tinh là dao động 180 °R. Cả hai thang đều tuyệt đối, nên tỷ số nhiệt độ giống hệt nhau: 600 K trên 300 K là 2, đúng như 1080 °R trên 540 °R là 2.

Phép nhân là chính xác, nên việc chuyển đổi không có làm tròn. Sai sót thường gặp duy nhất là nhầm Rankine với Fahrenheit.

Phép chuyển đổi xuất hiện ở đâu

Nhiệt của Mặt Trời lên tàu vũ trụ

Hằng số Mặt Trời khoảng 1.361 W/m², tức 431 Btu mỗi giờ mỗi foot vuông. Một tấm phẳng ở khoảng cách của Trái Đất, hướng về Mặt Trời, với độ hấp thụ và độ phát xạ bằng nhau và bức xạ từ một mặt, đạt khoảng 394 K, trong khi một quả cầu trung bình 278,6 K, hay 501,5 °R. Bước tính “chuyển K sang °R” đổi kết quả mô hình sang đơn vị Anh cho báo cáo của khách hàng.

Bộ tản nhiệt

Một bộ tản nhiệt ở 300 K, hay 540 °R, với độ phát xạ 0,85 tỏa ra 390 W/m², tức 124 Btu mỗi giờ mỗi foot vuông. Ở 330 K, hay 594 °R, nó phát ra 572 W/m². Bức xạ tăng theo lũy thừa bốn của nhiệt độ tuyệt đối, nên việc chọn thang đo chỉ quan trọng với hằng số.

Giới hạn của thiết bị điện tử

Thiết bị điện tử điển hình được chứng nhận từ −40 đến +85 °C, tức 233,15 đến 358,15 K, hay 419,7 đến 644,7 °R. Pin ưa 273 đến 313 K, hay 491,7 đến 563,4 °R. Nhiên liệu hydrazine đóng băng ở khoảng 274,7 K, tức 494,5 °R, nên các bình chứa cần bộ sưởi.

Kính viễn vọng Không gian James Webb

Gương và hệ quang của Webb nằm gần 40 K, tức 72 °R, và đầu dò hồng ngoại trung của nó được làm lạnh đến khoảng 7 K, hay 12,6 °R. Tấm chắn nắng giữ mặt lạnh gần 36 K, hay 64,8 °R, trong khi mặt hướng về Mặt Trời đạt khoảng 383 K, hay 689 °R. Một độ chênh khoảng 347 K, hay 625 °R, trải qua các lớp của tấm chắn nắng.

Pin trên quỹ đạo

Một bộ pin lithium-ion trên quỹ đạo được giữ giữa 278 và 303 K, hay 500 và 545 °R, bằng bộ sưởi và bộ tản nhiệt. Sạc dưới 273 K, hay 491,7 °R, có nguy cơ mạ lithium. Một người vận hành sứ mệnh đọc dữ liệu từ xa có thể thấy giá trị ở dạng số đếm thô, được bảng chuyển thành kelvin rồi thành °R cho một báo cáo đơn vị Anh.

Khoang quay lại khí quyển

Một khoang trở về từ Mặt Trăng gặp nhiệt độ bề mặt vài nghìn kelvin. Bề mặt tấm chắn nhiệt ở 3.000 K là 5.400 °R, và ở 2.500 K là 4.500 °R. Ở những giá trị đó, phép nhân đơn giản với 1,8 là tất cả những gì cần, vì độ lệch giữa kelvin và Rankine bằng không.

Ăng-ten và cảm biến

Các máy thu thiên văn vô tuyến được làm lạnh đến 15 đến 20 K, tức 27 đến 36 °R, để giảm nhiễu. Nhiệt độ nhiễu, thước đo chất lượng máy thu, được biểu thị bằng kelvin: một hệ thống có nhiệt độ nhiễu 30 K là 54 °R. Tài liệu đơn vị Anh đôi khi nêu nhiễu bằng °R, và một phép chuyển đổi giữ các con số nhất quán.

Công thức bảng tính

Đặt giá trị kelvin vào cột A và dùng =A2*1.8 ở cột B. Cho chiều ngược lại, dùng =B2/1.8. Với các độ chênh, áp dụng cùng công thức, vì không có độ lệch. Hãy ghi đơn vị cho mỗi cột, và dùng hai chữ số thập phân cho các giá trị gần nhiệt độ phòng.

Làm tròn và độ chính xác

Phép nhân là chính xác. Các mô hình nhiệt thường mang ba chữ số có nghĩa, nên 278,6 K thành 501,5 °R, không phải 501,480. Hãy giữ nhiều chữ số như nguồn hỗ trợ. Khi một bảng liệt kê cả hai đơn vị, hãy đặt bản gốc trước và giá trị đã chuyển trong ngoặc.

Một lối tắt nhẩm

Nhân đôi giá trị kelvin rồi trừ đi một phần mười của kết quả. Với 300 K: 600 trừ 60 cho 540 °R. Với 77 K: 154 trừ 15,4 cho 138,6 °R. Vì 2 trừ 0,2 đúng bằng 1,8, lối tắt là chính xác.

Những mốc nên ghi nhớ

4,2 K là 7,56 °R, 77 K là 138,6 °R, 273,15 K là 491,67 °R, 293,15 K là 527,67 °R, 300 K là 540 °R và 373,15 K là 671,67 °R. Sáu giá trị này neo hầu hết các cuộc thảo luận nhiệt trong kỹ thuật vũ trụ.

Bậc thang tham chiếu

2,725 K là 4,9 °R. 20 K là 36 °R. 100 K là 180 °R. 233,15 K là 419,67 °R. 300 K là 540 °R. 394 K là 709,2 °R. 1.000 K là 1.800 °R. 5.772 K là 10.389,6 °R. Một bậc thang như vậy khiến kiểm tra nhanh là khả thi.

Kiểm tra bằng cách đảo ngược

Để kiểm tra bất kỳ kết quả chuyển K sang °R nào, hãy chia cho 1,8 và xem bạn có quay lại điểm đầu không. Nếu 300 K thành 540 °R, thì 540 chia 1,8 là 300. Một phép thử thứ hai là tỷ số: con số Rankine phải gấp 1,8 lần con số kelvin.

Quan hệ với Fahrenheit

Rankine là Fahrenheit cộng 459,67, nên 540 °R là 80,33 °F. Để đi từ kelvin sang Fahrenheit, hãy nhân với 1,8 và trừ 459,67. Tài liệu vũ trụ từ nhà thầu Mỹ thường liệt kê Fahrenheit cho các bộ phận nóng và Rankine cho các phương trình. Chuyển qua lại giữa ba thang là việc hằng ngày của kỹ sư nhiệt.

Nhiên liệu đông lạnh

Oxy lỏng sôi ở 90,19 K, hay 162,3 °R, và hydro lỏng ở 20,28 K, hay 36,5 °R. Metan sôi ở 111,7 K, hay 201 °R. Tài liệu phóng đơn vị Anh thường liệt kê nhiệt độ nhiên liệu bằng °R hoặc °F, và các kỹ sư đọc chúng quy cả hai về kelvin để so với dữ liệu châu Âu.

Chênh lệch nhiệt độ

Một độ chênh 10 K là một độ chênh 18 °R. Một dao động 50 K là 90 °R. Không có độ lệch giữa các thang, một độ chênh được chuyển chính xác như một giá trị tuyệt đối. Đó là lý do ngân sách nhiệt dùng ΔT chuyển đổi đơn giản, trong khi những ngân sách dùng Fahrenheit hay Celsius cần cẩn thận.

Viết đúng các đơn vị

Hãy viết kelvin là K, không có dấu độ, và Rankine là °R với dấu độ. Đặt một dấu cách giữa số và ký hiệu. Trong tài liệu hỗn hợp, hãy ghi đơn vị trên mỗi cột. Một giá trị như 540 có thể là một căn phòng tính bằng Rankine hoặc một vật rất nóng tính bằng kelvin.

Vì sao Rankine tồn tại trong hàng không vũ trụ

Đơn vị Anh tồn tại trong hàng không vũ trụ Mỹ vì một khối lớn dữ liệu, phần cứng và phần mềm được xây dựng theo cách đó, từ bản vẽ bình nhiên liệu theo inch đến lực đẩy theo pound. Rankine hợp làm thang tuyệt đối cho công việc như vậy. Các chương trình mới hơn dùng SI và kelvin, nhưng một kỹ sư làm việc qua nhiều dự án cần cả hai, và một công thức “chuyển K sang °R” chỉ mất vài giây.

Đêm trên Mặt Trăng và bộ sưởi sinh tồn

Trên Mặt Trăng đêm kéo dài khoảng 14 ngày Trái Đất, và nhiệt độ bề mặt hạ xuống 100 K hoặc thấp hơn, tức 180 °R. Một tàu đổ bộ phải giữ pin và thiết bị điện tử trên giới hạn của chúng, quanh 273 K, hay 491,7 °R, bằng bộ sưởi đồng vị phóng xạ hoặc điện dự trữ. Lập kế hoạch năng lượng cần thiết nghĩa là lấy tích phân tổn thất nhiệt theo độ chênh nhiệt độ khoảng 173 K, hay 311 °R, và con số cuối cùng được nêu bằng watt-giờ hoặc Btu.

Tàu thăm dò hành tinh

Một tàu thăm dò hạ xuống sao Kim gặp 737 K, tức 1.327 °R, và áp suất 92 bar. Một tàu thăm dò đến Titan gặp 94 K, hay 169 °R. Vật liệu cách nhiệt và vật liệu đổi pha kéo dài tuổi thọ thiết bị điện tử hàng giờ ở những nơi như vậy. Báo cáo từ các cơ quan vũ trụ khác nhau liệt kê cùng những con số bằng kelvin, Celsius hay Rankine, và các kỹ sư chuyển qua lại như một thói quen.

Gia tốc hấp dẫn và các hành tinh lạnh

Các sứ mệnh đến các hành tinh ngoài đi nhiều năm và qua những vùng nơi nhiệt độ xung quanh chỉ vài chục kelvin. Một tàu thăm dò gần sao Thổ, ở khoảng 80 K trong bóng râm, tức 144 °R, cần bộ sưởi đồng vị phóng xạ. Công suất còn lại ở cuối sứ mệnh quyết định bao nhiêu bộ sưởi có thể giữ bật, và mô hình nhiệt được giải bằng kelvin, rồi nêu lại bằng Rankine trong báo cáo của một nhà thầu Mỹ.

Thử nghiệm quang học ở nhiệt độ đông lạnh

Gương kính thiên văn được thử trong các buồng làm lạnh bằng heli đến 20 K hoặc thấp hơn, tức 36 °R. Hình dạng của gương thủy tinh hay beryllium thay đổi chút ít giữa nhiệt độ phòng và 40 K, và các kỹ sư đo thay đổi đó bằng giao thoa kế. Kết quả được nêu theo kelvin, và một báo cáo thử nghiệm chuẩn bị cho một cơ quan Mỹ có thể cần cùng những con số theo độ Rankine, nhỏ hơn hệ số 1,8.

Thử nghiệm nhiệt trong chân không

Phần cứng tàu vũ trụ được chạy chu kỳ giữa các cực đoan nóng và lạnh trong buồng chân không, thường từ 218 K đến 398 K, tức 393 °R đến 717 °R. Một thử nghiệm điển hình chạy từ bốn đến tám chu kỳ, với thời gian giữ hàng giờ ở mỗi cực đoan. Khách hàng chỉ định nhiệt độ theo đơn vị riêng của họ, và một phép “chuyển K sang °R” là một phần của việc xem xét kế hoạch thử nghiệm, để các giới hạn khớp nhau trong mọi tài liệu.

Ống dẫn nhiệt

Một ống dẫn nhiệt amoniac hoạt động giữa khoảng 213 và 373 K, tức 383 đến 672 °R. Một ống dẫn nhiệt nước hoạt động từ 293 đến 473 K. Ống dẫn nhiệt chuyển nhiệt với độ sụt nhiệt độ nhỏ, thường 2 hoặc 3 K, tức 3,6 đến 5,4 °R. Đặc tả từ nhà cung cấp Mỹ có thể nêu các khoảng bằng °F, và một bảng tương đương, lập bằng một phép “chuyển K sang °R” trên mỗi giới hạn, là một phụ lục hữu ích.

Hồng ngoại và suất phản chiếu của Trái Đất

Trái Đất phát ra trung bình khoảng 237 W/m² dưới dạng hồng ngoại, 75 Btu mỗi giờ mỗi foot vuông, và phản xạ khoảng 30 phần trăm ánh nắng. Một vệ tinh ở quỹ đạo thấp nhận cả hai. Mô hình biểu thị nhiệt độ bằng kelvin, và một báo cáo cho cơ quan Mỹ có thể nêu lại bằng Rankine để thông lượng nhiệt và nhiệt độ dùng chung hệ đơn vị.

Cách nhiệt nhiều lớp

Cách nhiệt nhiều lớp, những tấm chăn màu vàng trên tàu vũ trụ, có thể giảm truyền nhiệt bức xạ theo hệ số 10 đến 100. Giữa phía trong 300 K, tức 540 °R, và phía ngoài 100 K, tức 180 °R, một tấm chăn có độ phát xạ hiệu dụng 0,01 cho qua khoảng 4,5 W/m², so với 45 W/m² qua một bề mặt trần có độ phát xạ 0,1. Sự khác biệt rất lớn ở thang nào cũng vậy, và một phép “chuyển K sang °R” trên nhiệt độ mỗi biên cấp cho phiên bản đơn vị Anh của cùng ước tính.

Giãn nở nhiệt

Nhôm giãn nở khoảng 23 phần triệu mỗi kelvin, tức 12,8 phần triệu mỗi độ Rankine. Một kết cấu 2 m ấm lên 100 K, hay 180 °R, dài thêm 4,6 mm. Bàn quang học được làm từ vật liệu giãn nở thấp để sự căn chỉnh sống sót qua những thay đổi như vậy, và các đặc tả theo mỗi kelvin hoặc mỗi °F với cùng hệ số 1,8.

Nhiệt dung của các bộ phận tàu vũ trụ

Nhôm có nhiệt dung riêng 0,90 kJ/(kg·K), tức 0,215 Btu/(lb·°R). Làm nóng một tấm nhôm 100 kg thêm 10 K, hay 18 °R, cần 900 kJ, tức 853 Btu. Hệ số giữa kJ/(kg·K) và Btu/(lb·°R) là 4,1868, trong khi hệ số 1,8 chỉ áp dụng cho thay đổi nhiệt độ. Lẫn hai thứ là một lỗi kinh điển.

Dàn pin Mặt Trời và nhiệt độ

Một tấm pin Mặt Trời trên quỹ đạo có thể dao động từ 150 K khi nhật thực, 270 °R, đến 380 K dưới ánh nắng, 684 °R. Pin silicon mất hiệu suất khi nóng, khoảng 0,4 phần trăm mỗi kelvin, tức 0,22 phần trăm mỗi độ Rankine. Ở 340 K, hay 612 °R, nóng hơn mức tham chiếu 300 K là 40 K, mức mất khoảng 16 phần trăm. Một phép “chuyển K sang °R” được dùng để đặt bảng dữ liệu vào đúng thang đo.

Thêm giá trị cho chuyển K sang °R

Một danh sách chuyển đổi dài hơn

Nếu giá trị bạn cần không có trong danh sách đầu, những phép chuyển đổi tiếp theo này có thể đủ gần để đọc trực tiếp:

• -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

Những sai sót thường gặp khi chuyển K sang °R

Cộng một độ lệch

Kelvin và Rankine bắt đầu từ cùng một điểm. Đừng cộng 459,67 hay 273,15. 300 K là 540 °R.

Nhầm Rankine với Fahrenheit

Các độ có cùng cỡ nhưng số không khác nhau. 540 °R là 80,33 °F, không phải 540 °F.

Áp 1,8 cho đại lượng sai

Hệ số 1,8 áp dụng cho nhiệt độ. Nhiệt dung riêng dùng 4,1868, và thông lượng nhiệt 0,317, nên mỗi đại lượng có hệ số riêng.

Câu hỏi nhanh

Cách làm một phép “chuyển K sang °R” là gì?

Nhân giá trị kelvin với 1,8.

300 K là bao nhiêu độ Rankine?

540 °R.

273,15 K là bao nhiêu độ Rankine?

491,67 °R.

0 K là bao nhiêu độ Rankine?

0 °R.

Con số của tôi có được lưu hay gửi đi không?

Không, nó ở lại trên thiết bị của bạn.

Đi tiếp đâu

Các bộ chuyển đổi nhiệt độ khác được liệt kê ở đây: Chuyển K sang °C, Chuyển K sang °F, Chuyển °C sang °R, Chuyển °F sang °R, Chuyển °R sang °C, Chuyển km sang mi, Chuyển mi sang km, Chuyển L sang gal, Chuyển gal sang L. Nếu bạn cần chiều ngược lại, hãy dùng Chuyển °R sang K.

Điều rút ra: một phép “chuyển K sang °R” nhân với 1,8 và ghi nhãn kết quả là °R. Con số bạn nhập chỉ được xử lý trên thiết bị của bạn.