Die Rankine-Skala: Die absolute Temperatur der Ingenieure
Die auf Fahrenheit basierende absolute Skala
Temperaturumrechner ausprobierenWährend der größte Teil der Welt Kelvin für absolute Temperaturmessungen verwendet, arbeiten amerikanische Ingenieure oft mit einer weniger bekannten Skala: Rankine. Benannt nach dem schottischen Physiker William John Macquorn Rankine, verbindet diese Skala den Startpunkt des absoluten Nullpunkts von Kelvin mit der Gradgröße von Fahrenheit.
Wenn Sie sich jemals gefragt haben, warum einige US-Ingenieurtextbücher °R statt K verwenden, erklärt dieser Leitfaden alles, was Sie über die Rankine-Skala wissen müssen.
Wer war William Rankine?
William John Macquorn Rankine (1820-1872) war ein schottischer Maschinenbauingenieur und Physiker, der bedeutende Beiträge zur Thermodynamik, zum Bauingenieurwesen und zur Schiffbautechnik leistete.
1859 schlug Rankine eine absolute Temperaturskala vor, die auf Fahrenheit-Graden basierte und damit die Beziehung der Kelvin-Skala zu Celsius widerspiegelte. Seine Arbeiten zur Thermodynamik halfen, das Fachgebiet zu etablieren, und er prägte den Begriff „tatsächliche Energie“ (später als kinetische Energie bekannt).
Rankines Beiträge zum Ingenieurwesen waren so bedeutend, dass die nach ihm benannte Skala in bestimmten US-Industrien noch über 150 Jahre später verwendet wird.
Wie Rankine mit anderen Skalen zusammenhängt
Die vier gängigen Temperaturskalen lassen sich in zwei Paare einteilen:
| Skalentyp | Relative Skala | Absolute Skala |
|---|---|---|
| Metrisch | Celsius (°C) | Kelvin (K) |
| Imperial/US | Fahrenheit (°F) | Rankine (°R) |
Wichtige Beziehungen:
- Rankine zu Fahrenheit: °R = °F + 459,67
- Rankine zu Kelvin: °R = K × 1,8
- Rankine zu Celsius: °R = (°C + 273,15) × 1,8
Warum Rankine verwenden?
Sie fragen sich vielleicht: Wenn Kelvin der internationale Standard ist, warum gibt es Rankine überhaupt? Die Antwort liegt in der US-Ingenieurtradition.
Kompatibilität mit US-Einheiten
US-Ingenieure, die mit Fahrenheit-basierten Systemen arbeiten (BTUs, Pfund, Fuß), finden Rankine bequemer als alles in metrische Einheiten umzurechnen. Thermodynamische Berechnungen erfordern oft absolute Temperaturen, und die Verwendung von Rankine ermöglicht es Ingenieuren, im imperialen/US-üblichen System zu bleiben.
Thermodynamische Gleichungen
Viele thermodynamische Gleichungen erfordern absolute Temperatur. Zum Beispiel funktioniert das ideale Gasgesetz (PV = nRT) nur korrekt mit absoluten Skalen. US-Ingenieure, die imperiale Einheiten verwenden, können Rankine direkt einsetzen, ohne in Kelvin umzurechnen.
Industrieanwendungen
Rankine findet sich noch in:
- US-Luft- und Raumfahrttechnik
- Amerikanischen HLK-Berechnungen
- Einigen Anwendungen der Erdölindustrie
- US-Ingenieur-Lehrbüchern
Rankine-Umrechnungstabelle
| Beschreibung | Rankine (°R) | Kelvin (K) | Fahrenheit (°F) | Celsius (°C) |
|---|---|---|---|---|
| Absoluter Nullpunkt | 0 | 0 | −459,67 | −273,15 |
| Flüssiger Stickstoff | 139 | 77 | −321 | −196 |
| Wasser gefriert | 491,67 | 273,15 | 32 | 0 |
| Raumtemperatur | 527,67 | 293,15 | 68 | 20 |
| Körpertemperatur | 558,27 | 310,15 | 98,6 | 37 |
| Wasser siedet | 671,67 | 373,15 | 212 | 100 |
Rankine vs. Kelvin: Wesentliche Unterschiede
| Aspekt | Rankine (°R) | Kelvin (K) |
|---|---|---|
| Nullpunkt | Absoluter Nullpunkt | Absoluter Nullpunkt |
| Gradgröße | Gleich wie Fahrenheit | Gleich wie Celsius |
| Hauptverwendung | US-Ingenieurwesen | Internationale Wissenschaft |
| Gefrierpunkt Wasser | 491,67 °R | 273,15 K |
| Symbol | °R | K (kein Gradsymbol) |
| SI-Status | Nicht SI | SI-Basiseinheit |
Hinweis: Kelvin verwendet kein Gradsymbol (es heißt einfach „K“), während Rankine traditionell „°R“ verwendet.
Fazit
Die Rankine-Skala ist vielleicht nicht so bekannt wie Kelvin, Celsius oder Fahrenheit, aber sie erfüllt einen wichtigen Zweck im amerikanischen Ingenieurwesen. Indem sie eine absolute Temperaturskala bietet, die mit Fahrenheit und imperialen Einheiten kompatibel ist, ermöglicht Rankine US-Ingenieuren, thermodynamische Berechnungen durchzuführen, ohne ständig zwischen Einheitensystemen umzurechnen.
Ob Sie auf Rankine in einem Ingenieurtextbuch, einer HLK-Berechnung oder einer Luft- und Raumfahrtdokumentation stoßen – Sie verstehen nun ihren Zweck und wissen, wie Sie in vertrautere Skalen umrechnen können.