Skale temperatur

W tym artykule znajdziesz najważniejsze informacje na temat skal Celsjusza, Kelwina i Farenheita oraz nauczysz się przeliczać jednostki pomiędzy tymi skalami.

Aby precyzyjnie opisać temperaturę posługujemy się skalami temperatur. Przykładowo, zamiast powiedzieć wczoraj i przedwczoraj było bardzo gorąco możemy wykorzystać skale temperatur i powiedzieć „wczoraj było 30 stopni a przedwczoraj aż 35 stopni Celsjusza” dokładniej określając temperaturę. Najczęściej używanymi skalami temperatur są skala Celsjusza, skala Kelwina oraz skala Fahrenheita.

1. Skala Celsjusza

Większość krajów, w tym Polska korzysta ze skali Celsjusza. Nazwa tej skali pochodzi od szwedzkiego fizyka i astronoma Andersa Celsiusa, który zaproponował ją do użycia wraz ze swoim termometrem rtęciowym w 1742 roku.

W skali Celsjusza punktami odniesienia są: temperatura topnienia lodu (zero stopni) oraz temperatura wrzenia wody (sto stopni). Jednostką tej skali jest 1 Celsjusz (1 °C)

Ciekawostka: Celsius początkowo zaproponował skalę, w ktorej temperatura wrzenia wody wynosiła 0 stopni a temperatura topnienia lodu 100 stopni ale ta wersja skali okazała się nieintuicyjna gdyż podgrzewanie ciała oznaczało obniżanie temperatury. Ostatecznie, skalę „odwrócono” i przyjęła ona formę używaną przez nas obecnie.

2. Skala Fahrenheita

Stany Zjednoczone oraz inne kraje nadal korzystające z anglosaskiego systemu miar używają skali Fahrenheita. Nazwa tej skali pochodzi o nazwiska fizyka pochodzenia niemieckiego Gabriela Fahrenheita, wynalazcy termometru rtęciowego, który zaproponował tą skalę w 1724 roku.

W skali Fahrenheita obecnie punktami odniesienia są: temperatura topnienia lodu wynosząca 32 stopnie oraz temperatura wrzenia wody wynosząca 212 stopni. Jednostką tej skali jest 1 Fahrenheit (1 °F).

Aby przeliczyć stopnie Celsiusa (Tc) na stopnie Fahrenheita (Tf), na przykład podczas wyjazdu wakacyjnego, możemy skorzystać ze wzorów:

Tc = (5/9) (Tf – 32)
Tf = 32 + (9/5) Tc

Zadanie: Piosenka ze Stanów Zjednoczonych, którą słyszysz w radiu, opowiada o słonecznej pogodzie i 75 stopniach. Przelicz temperaturę ze skali Fahrehaita na stopnie Celsjusza.

Tf = 75 °F
Tc = (5/9) (75-32) = (5/9) 43 = ~24 °C

Odpowiedz: W piosence chodziło o temperaturę prawie 24 °C.

Skala Fahrenheita jest przesunięta względem skali Celsjusza o 32 a jeden stopień Celsjusza jest blisko dwukrotnie większy (dokładnie 9/5) od stopnia Fahrenheita.

Ciekawostka: Gabriel Fahrenheit urodził się w roku 1686 roku w Gdańsku, który należał wówczas do Królestwa Polskiego Rzeczpospolitej Obojga Narodów. W wieku 15 lat przeprowadził się do Holandii.

3. Skala Kelwina

W zastosowaniach naukowych najcześciej wykorzystywana jest skala Kelwina. Potrzebę wprowadzenia tzw. skali absolutnej opisał w 1848 roku szkocki fizyk William Thomson, Lord Kelvin. Idea skali absolutnej polegała na tym, że skala rozpoczynała się w punkcie najniższej możliwej temperatury, w której dochodzi do zatrzymania ruchów lub wiązań cząsteczek ciała.

W skali Kelwina najniższa możliwa temperatura zwana temperaturą zera bezwzględnego to 0 K (-273,15 °C). W skali Kelwina woda zamarza w temperaturze 273 K. Jednostką tej skali jest 1 kelwin (1 K).

Żeby przeliczyć Kelwiny na stopnie Celsjusza musimy od nich odjąć 273.

Ciekawostka: W skali Kelwina nie używamy określenia stopień. Zamiast tego mówimy po prostu kelwin np. temperatura zamarzania wody to 273 kelwiny (a nie stopni Kelwina).

Zadanie: Temperatura na powierzchni Marsa wacha się pomiędzy 140 K a 300 K. Oblicz różnice temperatur na Marsie w kelwinach i stopniach Celsjusza.

T1 = 140 K = (140 – 273) °C = – 133 °C
T2= 300 K = (300 – 273) °C = 27 °C

ΔTk = T2 – T1 = 300 K – 140 K = 160 K
ΔTc = T2 – T1 = 27 °C – (-133 °C) = 27 °C + 133 °C = 160 °C

Odpowiedz: W obu skalach różnica temperatur wynosi tyle samo – 160 kelwinów i 160 stopni Celsjusza.

Pracując ze skalą kelwina pewnie już zauważyliście, że jest bardzo wygodna w użyciu ponieważ korzysta wyłącznie z liczb dodanych. To właśnie dlatego Lord Kelvin zaproponował tę skalę i dlatego naukowcy tak chętnie z niej korzystają.