온도 변환기

(거의) 절대영점이 없는 척도

온도는 물리량 중에서도 특이한 성질을 지닙니다. 일상의 두 척도인 섭씨와 화씨는 깊은 물리적 이유가 아니라 편의를 위해 선택된 임의의 지점에서 시작합니다. 오직 켈빈 척도만이 절대영점에서 시작합니다. 절대영점은 입자의 열 운동이 양자역학적 최소치에 도달하는 이론적 바닥입니다. 그래서 과학 출판물은 온도를 켈빈으로 표기하며, 도(°) 기호도, 도라는 단어도 붙이지 않습니다. "300 K"라고만 쓰지, "300도 켈빈"이라고 쓰지 않습니다. 섭씨는 켈빈과 같은 눈금 간격을 공유하지만 273.15만큼 오프셋되어 있습니다. 화씨는 더 작은 눈금과 완전히 다른 영점을 사용합니다. 랭킨은 화씨에 대해 켈빈이 섭씨에 대한 관계와 같습니다. 즉 화씨 크기의 눈금으로 만들어진 절대 척도입니다.

소금물, 끓는점, 그리고 볼츠만

18세기 초에 활동한 다니엘 가브리엘 파렌하이트는 자신의 척도를 세 기준점 주위에 고정시켰습니다. 얼음, 물, 염화암모늄으로 만든 어는 소금물을 0도로, 일반 물의 어는점을 32도로, 그리고 그가 인체 체온이라고 믿었던 약 96도였습니다. 안데르스 셀시우스는 1742년 100단계 척도를 제안하였는데, 원래는 0이 끓는점, 100이 어는점이었습니다. 오늘날의 관행으로 뒤집힌 것은 그의 사망 직후의 일이었습니다. 레오뮈르 척도(0이 어는점, 80이 끓는점)는 18세기와 19세기 동안 유럽의 주방과 양조장을 지배하였고, 지금도 옛 프랑스, 독일, 이탈리아 문헌에서 등장합니다.

윌리엄 톰슨, 즉 켈빈 경은 1848년 절대 열역학 척도를 제안하였습니다. 2019년 켈빈은 재정의되어 볼츠만 상수를 정확히 1.380649 × 10⁻²³ 줄/켈빈으로 고정함으로써 특정 물질로부터 분리되었습니다.

어떤 척도를 누가 사용하는가

섭씨는 미국, 바하마, 케이맨 제도, 라이베리아를 제외한 거의 모든 곳에서 일기예보, 요리, 의학을 지배하며, 이들 국가에서는 화씨가 민간 표준으로 남아 있습니다. 켈빈은 물리학, 천문학, 극저온학, 그리고 조명(전구의 색온도는 K로 표기됨) 분야를 관통합니다. 랭킨은 일부 미국 열역학 교과서와 항공우주 계산, 특히 파운드 질량과 BTU 단위로 작업할 때 여전히 등장합니다. 레오뮈르는 옛 조리법 외에서는 사실상 사라졌으나, 이탈리아 치즈 장인들과 일부 증류주 제조업자들이 전통을 위해 보존하고 있습니다.

암산 변환이 빗나가는 이유

온도는 표준 변환 주문인 "비율을 곱하라"가 통하지 않는 유일한 범주입니다. 척도의 영점이 다르기 때문입니다. 산술은 그 오프셋을 존중해야 합니다.

• 섭씨에서 화씨로: 9/5를 곱한 다음 32를 더합니다. 오프셋을 빠뜨리면 쾌적한 20°C가 68°F가 아니라 36°F가 되어 버립니다.
• 화씨에서 섭씨로: 먼저 32를 빼고, 그 다음 5/9를 곱합니다. 빼기를 잊는 것이 일상 변환에서 가장 흔한 실수입니다.
• 섭씨에서 켈빈으로: 273.15를 더할 뿐 비율 조정은 필요 없습니다. 눈금 크기가 동일하기 때문입니다.
• 그러나 온도 차이는 비율처럼 작동합니다. 10°C의 변화는 18°F의 변화와 같으며 오프셋이 개입되지 않습니다. 절대값과 변동값을 섞으면 공학 스프레드시트가 조용히 망가집니다.