Lämpötila-muunnin

Asteikko ilman todellista nollaa (lähes)

Lämpötila on fysikaalisten suureiden joukossa epätavallinen, koska kaksi sen arkiasteikoista – Celsius ja Fahrenheit – alkavat mielivaltaisista pisteistä, jotka on valittu mukavuuden vuoksi, ei mistään syvällisestä fysikaalisesta syystä. Vain Kelvin-asteikko alkaa absoluuttisesta nollapisteestä, teoreettisesta alarajasta, jossa hiukkasten lämpöliike saavuttaa kvanttimekaanisen miniminsä. Siksi tieteelliset julkaisut ilmoittavat lämpötilat kelvineinä, kirjoitettuna ilman astemerkkiä ja ilman sanaa astetta: 300 K, ei koskaan 300 astetta kelviniä. Celsius jakaa Kelvinin kanssa askelvälin, mutta on siirretty 273,15:llä; Fahrenheit käyttää pienempiä askelia ja täysin eri nollakohtaa; Rankine on Fahrenheitille sitä mitä Kelvin on Celsiukselle – absoluuttinen asteikko, joka on rakennettu Fahrenheitin kokoisten asteiden varaan.

Suolaliuos, kiehumispisteet ja Boltzmann

Daniel Gabriel Fahrenheit, joka työskenteli 1700-luvun alussa, ankkuroi asteikkonsa kolmeen vertailupisteeseen: jäästä, vedestä ja ammoniumkloridista koostuvaan jäätyvään suolaliuokseen 0 asteessa, puhtaan veden jäätymispisteeseen 32:ssa ja siihen, mitä hän piti ihmisen ruumiinlämpönä, noin 96:ssa. Anders Celsius esitti satakohtaisen asteikkonsa vuonna 1742, alun perin niin että 0 oli kiehumispisteessä ja 100 jäätymispisteessä – käännös nykyiseen käytäntöön tapahtui pian hänen kuolemansa jälkeen. Réaumur-asteikko (0 jäätyminen, 80 kiehuminen) hallitsi eurooppalaisia keittiöitä ja panimoita 1700- ja 1800-luvuilla ja esiintyy yhä vanhemmissa ranskalaisissa, saksalaisissa ja italialaisissa teksteissä.

William Thomson, lordi Kelvin, esitti absoluuttisen termodynaamisen asteikon vuonna 1848. Vuonna 2019 se määriteltiin uudelleen: kelvin kiinnitetään nyt asettamalla Boltzmannin vakio tasan arvoon 1,380649 × 10⁻²³ joulea kelviniä kohti, mikä irrottaa sen mistään tietystä aineesta.

Kuka käyttää mitäkin asteikkoa

Celsius hallitsee sääennusteita, ruoanlaittoa ja lääketiedettä lähes kaikkialla Yhdysvaltojen, Bahaman, Caymansaarten ja Liberian ulkopuolella, joissa Fahrenheit pysyy siviilistandardina. Kelvin kulkee läpi fysiikan, tähtitieteen, kryogeniikan ja valaistuksen (lamppujen värilämpötila ilmoitetaan kelvineinä). Rankine esiintyy yhä joissakin Yhdysvaltain termodynamiikan oppikirjoissa ja ilmailu- ja avaruustekniikan laskelmissa, etenkin kun työskennellään naulamassan ja BTU-yksiköiden parissa. Réaumur on käytännössä sammunut historiallisten reseptien ulkopuolella, vaikka italialaiset juustontekijät ja kourallinen tislaamoja vaalivat sitä perinteen vuoksi.

Miksi päässälaskut menevät vikaan

Lämpötila on ainoa kategoria, jossa muuntimen vakiomantra – kerro suhdeluvulla – pettää, koska asteikoilla on eri nollakohdat. Laskutoimituksen on kunnioitettava tätä poikkeamaa:

• Celsiuksesta Fahrenheitiksi: kerro 9/5:llä, sitten lisää 32. Poikkeaman ohittaminen muuttaa miellyttävät 20 °C luvuksi 36 °F oikean 68:n sijaan.
• Fahrenheitista Celsiukseksi: vähennä ensin 32, sitten kerro 5/9:llä. Vähennyksen unohtaminen on ylivoimaisesti yleisin virhe satunnaisessa muuntamisessa.
• Celsiuksesta Kelviniksi: lisää 273,15 – skaalausta ei tarvita, koska asteen koko on identtinen.
• Lämpötilaero sen sijaan käyttäytyy kuin suhdeluku: 10 °C:n muutos vastaa 18 °F:n muutosta, ilman minkäänlaista poikkeamaa. Absoluuttisten lukemien ja erotusten sekoittaminen pilaa hiljaa insinöörien taulukot.