Konwerter Temperatura

Skala (niemal) bez prawdziwego zera

Temperatura jest niezwykła wśród wielkości fizycznych, ponieważ dwie z jej codziennych skal — Celsjusza i Fahrenheita — zaczynają się w arbitralnie wybranych punktach, dobranych dla wygody, a nie z jakiegoś głębokiego powodu fizycznego. Tylko skala Kelvina rozpoczyna się w zerze bezwzględnym, teoretycznym dnie, gdzie ruch cieplny cząstek osiąga swoje kwantowe minimum. Dlatego publikacje naukowe podają temperatury w kelwinach, zapisywanych bez znaku stopnia i bez słowa stopni: 300 K, nigdy 300 stopni Kelvina. Celsjusz dzieli z Kelvinem wielkość kroku, ale jest przesunięty o 273,15; Fahrenheit posługuje się mniejszymi krokami i zupełnie innym zerem; Rankine ma się do Fahrenheita tak, jak Kelvin do Celsjusza — to skala bezwzględna oparta na stopniach wielkości Fahrenheita.

Solanka, punkty wrzenia i Boltzmann

Daniel Gabriel Fahrenheit, pracując na początku XVIII wieku, oparł swoją skalę na trzech punktach odniesienia: zamarzającej solance z lodu, wody i chlorku amonu przy 0 stopniach, punkcie zamarzania czystej wody przy 32 oraz tym, co uważał za temperaturę ludzkiego ciała, w pobliżu 96. Anders Celsjusz zaproponował swoją stustopniową skalę w 1742 roku, pierwotnie z 0 przy wrzeniu i 100 przy zamarzaniu — odwrócenie do dzisiejszej konwencji nastąpiło wkrótce po jego śmierci. Skala Réaumura (0 zamarzanie, 80 wrzenie) panowała w europejskich kuchniach i browarach przez XVIII i XIX wiek i wciąż pojawia się w starszych tekstach francuskich, niemieckich i włoskich.

William Thomson, lord Kelvin, zaproponował bezwzględną skalę termodynamiczną w 1848 roku. W 2019 roku została ona zdefiniowana na nowo: kelwin jest teraz ustalony przez przyjęcie stałej Boltzmanna równej dokładnie 1,380649 × 10⁻²³ dżula na kelwin, co odcina go od jakiejkolwiek konkretnej substancji.

Kto której skali używa

Celsjusz dominuje w prognozach pogody, gotowaniu i medycynie niemal wszędzie poza Stanami Zjednoczonymi, Bahamami, Kajmanami i Liberią, gdzie Fahrenheit pozostaje standardem cywilnym. Kelwin przewija się przez fizykę, astronomię, kriotechnikę i oświetlenie (temperaturę barwową żarówek podaje się w K). Rankine wciąż pojawia się w niektórych amerykańskich podręcznikach termodynamiki i w obliczeniach lotniczo-kosmicznych, zwłaszcza przy pracy w jednostkach funta-masy i BTU. Réaumur jest praktycznie wymarły poza historycznymi przepisami, choć włoscy serowarzy i garstka gorzelników zachowują go z tradycji.

Dlaczego przeliczenia w pamięci zawodzą

Temperatura to jedyna kategoria, w której standardowa mantra przeliczania — pomnóż przez współczynnik — zawodzi, ponieważ skale mają różne punkty zerowe. Działanie musi uwzględniać to przesunięcie:

• Celsjusz na Fahrenheita: pomnóż przez 9/5, a następnie dodaj 32. Pominięcie przesunięcia zamienia przyjemne 20 °C w 36 °F zamiast w 68.
• Fahrenheit na Celsjusza: najpierw odejmij 32, dopiero potem pomnóż przez 5/9. Zapomnienie o odejmowaniu to zdecydowanie najczęstszy błąd przy doraźnym przeliczaniu.
• Celsjusz na Kelvina: dodaj 273,15 — bez skalowania, bo wielkość stopnia jest identyczna.
• Różnica temperatur zachowuje się jednak jak współczynnik: zmiana o 10 °C odpowiada zmianie o 18 °F, bez żadnego przesunięcia. Mieszanie odczytów bezwzględnych z przedziałami po cichu rujnuje arkusze inżynierskie.