Единицы измерения температуры

Термометр, пирометр или тепловизор почти всегда позволяет переключить единицы измерения – обычно между °C и °F, а в лабораторных приборах встречается ещё и кельвин. Разберёмся, откуда взялись эти шкалы, чем они отличаются и как переводить значения между ними.

Что такое температура

Температура – это мера средней кинетической энергии движения частиц вещества. Атомы и молекулы постоянно движутся, колеблются и вращаются. Чем интенсивнее это движение, тем выше температура тела. Именно поэтому существует абсолютный нуль – предел, за которым тепловое движение прекращается и ниже которого температура опуститься не может.

Шкала Фаренгейта (°F)

Самая старая из распространённых шкал. Её предложил в 1724 году немецко-нидерландский физик Даниель Габриель Фаренгейт – тот самый, что изготовил первый надёжный ртутный термометр.

За нуль он взял температуру замерзания смеси воды, льда и нашатыря (хлорида аммония) – самую низкую температуру, которую мог стабильно воспроизвести в своей лаборатории. Второй опорной точкой была температура человеческого тела, которой он приписал примерно 96 градусов. Числа выглядят произвольными, но шкала имела практическое преимущество: мелкий шаг градуса позволял записывать бытовые температуры без дробей.

Сегодня по Фаренгейту: вода замерзает при 32°F, кипит при 212°F. Шкала остаётся основной в США, а также используется на Багамах, в Белизе, Либерии и нескольких других странах.

Шкала Цельсия (°C)

Самая распространённая в мире шкала, предложенная в 1742 году шведским астрономом Андерсом Цельсием. За опорные точки он взял два природных свойства воды – замерзание и кипение – и разделил промежуток между ними на 100 частей.

Интересный исторический факт: первоначальная шкала Цельсия была перевёрнутой. Нулём обозначалось кипение воды, а сотней – замерзание. Логика была практической: в Швеции температура редко опускается намного ниже нуля, поэтому при такой шкале бытовые значения почти всегда оставались положительными, без неудобного минуса. Цельсий умер в 1744 году, а уже в следующем году Карл Линней перевернул шкалу до привычного нам вида.

Долгое время её называли «стоградусной» (centigrade), и лишь в 1948 году международная конференция официально закрепила название «шкала Цельсия» в честь автора.

Кельвин (K)

Абсолютная термодинамическая шкала, которую в 1848 году предложил британский физик Уильям Томсон, известный как лорд Кельвин. Её идея проста и элегантна: начать отсчёт от абсолютного нуля, сохранив при этом величину градуса Цельсия.

Поэтому пересчёт самый простой из всех: K=°C+273,15. Разница в один кельвин равна разнице в один градус Цельсия, именно поэтому температурную чувствительность тепловизоров удобно подавать в милликельвинах (мК), где 50 мК означает 0,05°C.

Кельвин – основная единица температуры в системе SI, и в ней есть две особенности написания, в которых часто ошибаются:

• его пишут без знака градуса: правильно 300 K, а не 300°K;
• название единицы пишут со строчной буквы (кельвин), хотя обозначение – заглавная K.

20 мая 2019 года кельвин получил новое определение: теперь он задаётся через фиксированное значение постоянной Больцмана (1,380649×10⁻²³ Дж/K). На бытовых измерениях это не сказалось, зато привязало единицу к фундаментальной константе, а не к свойствам воды.

Исторические шкалы

Ранкин (°Ra) – абсолютная шкала, предложенная в 1859 году шотландским инженером Уильямом Ранкином. По сути, это «кельвин в градусах Фаренгейта»: отсчёт начинается от абсолютного нуля, но размер градуса такой же, как у Фаренгейта. Кое-где применяется в американской инженерной практике.

Реомюр (°Ré) – шкала французского естествоиспытателя Рене Реомюра, предложенная около 1730 года. Вода замерзает при 0°Ré и кипит при 80°Ré. В XVIII-XIX веках была очень распространена в Европе, в частности в Российской империи, но к середине XX века вышла из употребления. Сегодня её можно увидеть разве что в старых книгах и на музейных термометрах.

Формулы пересчёта

Конвертер

Опорные точки для сравнения

Интересное совпадение. Шкалы Цельсия и Фаренгейта пересекаются ровно в одной точке: −40°C = −40°F. Это удобно запомнить как контрольную точку (если вы проверяете прибор или формулу и получили на этом значении расхождение, значит где-то есть ошибка).

Какую шкалу выбирать на приборе

Для повседневных измерений в Украине – °C, это стандарт де-факто и единица, в которой представлены все нормативы. °F понадобится, если вы работаете с американским оборудованием, документацией или заказчиком из США. Кельвин в бытовых приборах встречается редко, зато постоянно употребляется в технических характеристиках (температурная чувствительность тепловизоров в милликельвинах, цветовая температура ламп в кельвинах).

ПИРОМЕТРЫ

ТЕПЛОВИЗОРЫ

ТЕРМОГИГРОМЕТРЫ

ТЕРМОМЕТРЫ