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

Будь-яку температуру можна перерахувати конвертером температури, зокрема в кельвіни та менш поширені шкали Ранкіна й Реомюра.