Цельсій, Фаренгейт і Кельвін: як працюють температурні шкали
Більша частина світу скаже, що надворі 20 градусів, американці скажуть 68, а фізикиня, можливо, скаже 293. Усі описують той самий приємний весняний день.
Температура — особлива одиниця: її шкали відрізняються не лише розміром градуса, а й починаються з різних нульових точок. Цей посібник пояснює, звідки походить кожна шкала, як перераховувати точно й подумки та яку помилку під час перерахунку роблять навіть уважні люди.
Три шкали, три точки відліку
Цельсій (°C) ставить 0° у точку замерзання води, а 100° — у точку її кипіння на рівні моря. Андерс Цельсій запропонував шкалу 1742 року. Цікаво, що його початкова версія була перевернута — вода кипіла при 0° і замерзала при 100°, — і її перевернули невдовзі після його смерті.
Фаренгейт (°F) визначив Даніель Габріель Фаренгейт на початку XVIII століття. На його шкалі вода замерзає при 32° і кипить при 212°, тож між цими точками 180 градусів Фаренгейта замість 100. Сьогодні шкалою Фаренгейта користуються переважно у США та ще кількох країнах.
Кельвін (K) — наукова шкала. Вона починається від абсолютного нуля, найнижчої фізично можливої температури, за якої частинки мають найменшу можливу енергію. Кельвін має той самий розмір, що й градус Цельсія, тож шкали лише зсунуті: 0 K — це −273,15 °C. Від 1968 року одиницю називають «кельвін» без слова «градус» — пишуть 293 K, а не 293 °K.
| Точка відліку | Цельсій | Фаренгейт | Кельвін |
|---|---|---|---|
| Абсолютний нуль | −273,15 °C | −459,67 °F | 0 K |
| Цельсій дорівнює Фаренгейту | −40 °C | −40 °F | 233,15 K |
| Вода замерзає | 0 °C | 32 °F | 273,15 K |
| Комфортна кімната | 20 °C | 68 °F | 293,15 K |
| Тіло людини | 37 °C | 98,6 °F | 310,15 K |
| Вода кипить (рівень моря) | 100 °C | 212 °F | 373,15 K |
Точні формули
Оскільки нульові точки різні, перерахунок між Цельсієм і Фаренгейтом потребує і множення, і додавання:
°F = °C × 9/5 + 32
°C = (°F − 32) × 5/9
Для кельвінів досить зсуву:
K = °C + 273,15
°C = K − 273,15
Приклад: перерахувати 25 °C у градуси Фаренгейта.
25 × 9/5 + 32 = 45 + 32 = 77 °F
Приклад: перерахувати 50 °F у градуси Цельсія.
(50 − 32) × 5/9 = 18 × 5/9 = 10 °C
Конвертери Цельсій у Фаренгейт і Фаренгейт у Цельсій миттєво показують результат для будь-якого значення.
Спосіб рахувати подумки для погоди
Для повсякденних температур: подвойте значення в градусах Цельсія й додайте 30:
20 °C → 20 × 2 + 30 = 70 °F (точно: 68 °F)
У зворотний бік: відніміть 30 і поділіть навпіл:
80 °F → (80 − 30) ÷ 2 = 25 °C (точно: 26,7 °C)
Приблизно між 0 °C і 30 °C цей спосіб помиляється лише на кілька градусів, що охоплює більшість погоди. На крайніх значеннях він гіршає, тож не використовуйте його на кухні, у медицині чи для чогось технічного.
Помилка, якої припускається майже кожен: різниця температур
Припустімо, прогноз каже, що завтра буде на 10 °C тепліше. Скільки це в градусах Фаренгейта?
Якщо підставити 10 у формулу, вийде 50 °F — але це неправильно. Формула перераховує показання температури, а «+ 32» існує лише тому, що нульові точки різні. Різниця двох температур не має нульової точки; важить лише розмір градуса:
Зміна на 10 °C = зміна на 10 × 9/5 = 18 °F
Те саме стосується допусків, калібрування духовок і кліматичних даних. Глобальне потепління на 1,5 °C — це підвищення на 2,7 °F, а не на 34,7 °F. Між Цельсієм і кельвіном різниця — те саме число в обох одиницях: підвищення на 1 °C — це підвищення на 1 K.
Чому наука використовує кельвіни
Багато фізичних законів залежать від абсолютної температури, яку відраховують від абсолютного нуля. Наприклад, у рівнянні стану ідеального газу подвоєння температури газу в кельвінах за сталого об’єму подвоює його тиск. Подвоєння температури в градусах Цельсія фізичного сенсу не має: 20 °C — це не «вдвічі тепліше», ніж 10 °C. У кельвінах порівнюють 293 K і 283 K — лише приблизно на 3,5 % більше.
Від 2019 року кельвін визначають через фіксоване значення сталої Больцмана, яка пов’язує температуру з енергією, а не через властивості води. У повсякденному житті нічого не змінилося: вода й далі замерзає приблизно при 0 °C.
Головне
- Цельсій і Фаренгейт мають різні нульові точки та градуси різного розміру; кельвін має розмір градуса Цельсія, але починається від абсолютного нуля.
- °F = °C × 9/5 + 32; K = °C + 273,15.
- Для погоди спосіб «подвоїти й додати 30» помиляється лише на кілька градусів.
- Різницю температур перераховуйте лише за розміром градуса: зміна на 1 °C = зміна на 1,8 °F.
- −40 — єдина температура, однакова за Цельсієм і за Фаренгейтом.
Будь-яку температуру можна перерахувати конвертером температури, зокрема в кельвіни та менш поширені шкали Ранкіна й Реомюра.