Одиниці вимірювання температури
Термометр, пірометр чи тепловізор майже завжди дозволяє перемкнути одиниці вимірювання – зазвичай між °C і °F, а в лабораторних приладах трапляється ще й кельвін. Розберімося, звідки взялися ці шкали, чим вони відрізняються і як переводити значення між ними.
Що таке температура
Температура – це міра середньої кінетичної енергії руху частинок речовини. Атоми й молекули постійно рухаються, коливаються й обертаються. Що інтенсивніший цей рух, то вища температура тіла. Саме тому існує абсолютний нуль – межа, за якою тепловий рух припиняється, і нижче за яку температура опуститися не може.
Шкала Фаренгейта (°F)
Найстаріша з поширених шкал. Її запропонував 1724 року німецько-нідерландський фізик Даніель Габрієль Фаренгейт – той самий, що виготовив перший надійний ртутний термометр.
За нуль він узяв температуру замерзання суміші води, льоду й нашатирю (хлориду амонію) – найнижчу температуру, яку міг стабільно відтворити у своїй лабораторії. Другою опорною точкою була температура людського тіла, якій він приписав приблизно 96 градусів. Числа виглядають довільними, але шкала мала практичну перевагу: дрібний крок градуса дозволяв записувати побутові температури без дробів.
Сьогодні за Фаренгейтом: вода замерзає при 32°F, кипить при 212°F. Шкала лишається основною в США, а також використовується на Багамах, у Белізі, Ліберії та кількох інших країнах.
Шкала Цельсія (°C)
Найпоширеніша у світі шкала, запропонована 1742 року шведським астрономом Андерсом Цельсієм. За опорні точки він узяв дві природні властивості води – замерзання й кипіння – і поділив проміжок між ними на 100 частин.
Цікавий історичний факт: початкова шкала Цельсія була перевернутою. Нулем позначалося кипіння води, а сотнею – замерзання. Логіка була практичною: у Швеції температура рідко опускається набагато нижче нуля, тож за такої шкали побутові значення майже завжди залишалися додатними, без незручного мінуса. Цельсій помер 1744 року, а вже наступного року Карл Лінней перевернув шкалу до звичного нам вигляду.
Довгий час її називали «стоградусною» (centigrade), і лише 1948 року міжнародна конференція офіційно закріпила назву «шкала Цельсія» на честь автора.
Кельвін (K)
Абсолютна термодинамічна шкала, яку 1848 року запропонував британський фізик Вільям Томсон, відомий як лорд Кельвін. Її ідея проста й елегантна: почати відлік від абсолютного нуля, зберігши при цьому величину градуса Цельсія.
Тому перерахунок найпростіший з усіх: K=°C+273,15. Різниця в один кельвін дорівнює різниці в один градус Цельсія, саме тому температурну чутливість тепловізорів зручно подавати в мілікельвінах (мК), де 50 мК означає 0,05°C.
Кельвін – основна одиниця температури в системі SI, і в ній є дві особливості написання, у яких часто помиляються:
- її пишуть без знака градуса: правильно 300 K, а не 300°K;
- назву одиниці пишуть з малої літери (кельвін), хоча позначення – велика K.
20 травня 2019 року кельвін отримав нове визначення: тепер він задається через фіксоване значення сталої Больцмана (1,380649×10⁻²³ Дж/K). На побутових вимірюваннях це не позначилося, зате прив'язало одиницю до фундаментальної константи, а не до властивостей води.
Історичні шкали
Ранкін (°Ra) – абсолютна шкала, запропонована 1859 року шотландським інженером Вільямом Ранкіним. По суті, це «кельвін у градусах Фаренгейта»: відлік починається від абсолютного нуля, але розмір градуса такий самий, як у Фаренгейта. Подекуди застосовується в американській інженерній практиці.
Реомюр (°Ré) – шкала французького природознавця Рене Реомюра, запропонована близько 1730 року. Вода замерзає при 0°Ré і кипить при 80°Ré. У XVIII-XIX століттях була дуже поширена в Європі, зокрема в Російській імперії, але до середини XX століття вийшла з ужитку. Сьогодні її можна побачити хіба що в старих книжках і на музейних термометрах.
Формули перерахунку
| Переведення | Формула |
| °C → °F | °F = °C × 9/5 + 32 |
| °F → °C | °C = (°F − 32) × 5/9 |
| °C → K | K = °C + 273,15 |
| K → °C | °C = K − 273,15 |
| °C → °Ra | °Ra = (°C + 273,15) × 9/5 |
| °C → °Ré | °Ré = °C × 0,8 |
Конвертер
Опорні точки для порівняння
| Що це | °C | °F | K |
| Абсолютний нуль | −273,15 | −459,67 | 0 |
| Найнижча температура на Землі (Антарктида) | −89,2 | −128,6 | 184,0 |
| Замерзання ртуті | −38,8 | −37,9 | 234,3 |
| Морозильна камера | −18 | −0,4 | 255,2 |
| Замерзання води | 0 | 32 | 273,15 |
| Кімнатна температура | 20 | 68 | 293,15 |
| Тіло людини | 36,6 | 97,9 | 309,8 |
| Кипіння води | 100 | 212 | 373,15 |
| Плавлення алюмінію | 660 | 1220 | 933,2 |
| Плавлення заліза | 1538 | 2800 | 1811,2 |
Цікавий збіг. Шкали Цельсія й Фаренгейта перетинаються рівно в одній точці: −40°C = −40°F. Це зручно запам'ятати як контрольну точку (якщо ви перевіряєте прилад або формулу й отримали на цьому значенні розбіжність, значить десь є помилка).
Яку шкалу обирати на приладі
Для повсякденних вимірювань в Україні – °C, це стандарт де-факто й одиниця, у якій подано всі нормативи. °F знадобиться, якщо ви працюєте з американським обладнанням, документацією чи замовником зі США. Кельвін у побутових приладах трапляється рідко, зате постійно вживається в технічних характеристиках (температурна чутливість тепловізорів у мілікельвінах, колірна температура ламп у кельвінах).
