Шкала Ранкина: абсолютная температура в инженерии

В то время как большая часть мира использует Кельвин для абсолютных измерений температуры, американские инженеры часто работают с менее известной шкалой — Ранкина. Названная в честь шотландского физика Уильяма Джона Макуорна Ранкина, эта шкала сочетает начальную точку абсолютного нуля (как у Кельвина) с размером градуса Фаренгейта.

Если вы когда-нибудь задавались вопросом, почему в некоторых американских инженерных учебниках используется °R вместо K, это руководство объяснит всё, что вам нужно знать о шкале Ранкина.

Кто такой Уильям Ранкин?

Уильям Джон Макуорн Ранкин (1820–1872) — шотландский инженер-механик и физик, внёсший значительный вклад в термодинамику, гражданское строительство и судостроение.

В 1859 году Ранкин предложил абсолютную температурную шкалу, основанную на градусах Фаренгейта, аналогично тому, как шкала Кельвина соотносится с Цельсием. Его работы по термодинамике помогли утвердить эту область науки, и он ввёл термин «действительная энергия» (позже переименованная в кинетическую энергию).

Вклад Ранкина в инженерию был настолько значительным, что шкала, носящая его имя, продолжает использоваться в некоторых отраслях американской промышленности более 150 лет спустя.

Как Ранкин соотносится с другими шкалами

Четыре распространённые температурные шкалы можно организовать в две пары:

Ключевые соотношения:

• Ранкин в Фаренгейт: °R = °F + 459,67
• Ранкин в Кельвин: °R = K × 1,8
• Ранкин в Цельсий: °R = (°C + 273,15) × 1,8

Зачем нужна шкала Ранкина?

Вы можете спросить: если Кельвин является международным стандартом, зачем вообще существует Ранкин? Ответ кроется в американской инженерной традиции.

Совместимость с американскими единицами

Американские инженеры, работающие с системами на основе Фаренгейта (BTU, фунты, футы), считают Ранкин более удобным, чем перевод всего в метрическую систему. Термодинамические расчёты часто требуют абсолютных температур, и использование Ранкина позволяет инженерам оставаться в рамках имперской/американской системы единиц.

Термодинамические уравнения

Многие термодинамические уравнения требуют абсолютной температуры. Например, закон идеального газа (PV = nRT) корректно работает только с абсолютными шкалами. Американские инженеры, использующие имперские единицы, могут применять Ранкин напрямую без конвертации в Кельвин.

Отраслевые применения

Шкала Ранкина по-прежнему используется в:

• Аэрокосмической инженерии США
• Американских расчётах HVAC (отопления, вентиляции, кондиционирования)
• Некоторых приложениях нефтяной промышленности
• Американских инженерных учебниках

Таблица конвертации Ранкина

Ранкин и Кельвин: ключевые отличия

Примечание: Кельвин не использует знак градуса (просто «K»), тогда как Ранкин традиционно обозначается «°R».

Заключение

Шкала Ранкина может быть не так широко известна, как Кельвин, Цельсий или Фаренгейт, но она выполняет важную функцию в американской инженерии. Обеспечивая абсолютную температурную шкалу, совместимую с Фаренгейтом и имперскими единицами, Ранкин позволяет инженерам США выполнять термодинамические расчёты без постоянной конвертации между системами единиц.

Встретите ли вы Ранкин в инженерном учебнике, расчёте HVAC или документации по аэрокосмической технике — теперь вы понимаете его назначение и знаете, как перевести в более привычные шкалы.

Похожие статьи

• Шкала Кельвина: абсолютная температура простым языком
• Промышленное измерение температуры