Przelicznik temperatury

Jeśli chodzi o konwersję temperatury, łatwo jest przeliczyć stopnie Celsjusza na kelwiny, jednak jeśli chcesz przeliczyć stopnie Celsjusza na Fahrenheity, staje się to bardziej skomplikowane... Chyba że skorzystasz z naszego narzędzia do konwersji temperatury!

Dzięki naszemu narzędziu, możesz wykonać konwersję jednostek temperatury z Fahrenheitów na stopnie Celsjusza — lub dowolną inną kombinację jednostek temperatury, którą wybierzesz! Nie ma potrzeby, aby pamiętać jakikolwiek wzór konwersji temperatury lub wykonywać jakiekolwiek działania matematyczne; po prostu wprowadź temperaturę w preferowanych jednostkach i zobacz, jak wynik pojawia się w mgnieniu oka. A jeśli chcesz dobrze wykorzystać zaoszczędzony czas, możesz czytać dalej, aby dowiedzieć się więcej o skalach temperatury!

Zawsze trudno jest wymyślić dobrą definicję dla codziennych terminów, ale w przypadku temperatury jest to wyjątkowo trudne. Wszyscy wiemy, co jest gorące, a co zimne, ale temperatura? Temperatura jest znacznie trudniejsza do zdefiniowania bez wchodzenia na poziom techniczny, i właśnie dlatego wejdziemy na poziom techniczny. Aby to zrobić, musimy zwrócić się do fizyki, w szczególności do termodynamiki i fizyki statystycznej, która jest jak miks termodynamiki z fizyką kwantową.

Nie musisz się jednak martwić, ponieważ kiedy zagłębimy się w to, czym jest temperatura, odpowiedź jest dość prosta: temperatura to prędkość, a raczej pęd atomów i cząsteczek tworzących dany materiał. Oznacza to, że im wyższa temperatura czegoś, tym większa prędkość cząsteczek; a.k.a. cząsteczki, które tworzą to coś, wibrują szybciej. Jest to bardzo ściśle związane z pojęciem energii cieplnej i oznacza, że ciepło jest po prostu innym wyrażeniem energii kinetycznej.

Przejdź do kalkulatora prędkości cząsteczek 🇺🇸 lub kalkulatora energii cieplnej 🇺🇸, aby dowiedzieć się więcej.

Jak zawsze, jest o wiele więcej pojęć niż tylko to, o której tutaj wspomnieliśmy, jak na przykład fakt, że prędkość jest związana z energią kinetyczną za pomocą pierwiastka kwadratowego. Albo fakt, że kiedy wspominamy o prędkości, powinniśmy technicznie mówić o średniej wszystkich prędkości wszystkich cząstek... Ale to stałoby się dużym esejem na temat fizycznej koncepcji temperatury i nie byłoby miejsca na narzędzie do konwersji.

Na szczęście mamy czas i miejsce, aby wskazać kilka interesujących faktów na temat temperatury, takich jak to, że każde tarcie zakończy się wytworzeniem ciepła, poprzez przelicznik energii kinetycznej z jednego źródła na inne (a tym samym zwiększenie temperatury). Warto również zauważyć, że gdy pomyślimy o temperaturze jako formie energii, staje się całkiem jasne, że nasze ciało spala więcej kalorii, gdy próbujemy spalić kalorie poprzez energiczne bieganie, które, nawiasem mówiąc, tworzy znacznie więcej ciepła w naszym ciele niż lekkie ćwiczenia.

Myślenie o temperaturze i cieple w kategoriach energii jest bardzo przydatne i pomaga nam zrozumieć wiele rzeczy, które dzieją się wokół nas. Niemniej jednak nie jest to jedyna rzecz, o której będziemy mówić. Ponieważ jest to narzędzie do konwersji temperatury, sprawiedliwe jest, abyśmy rozmawiali o jednostkach temperatury. Musimy również uznać różne sposoby pomiaru temperatury. Nie mówimy tylko o różnych typach termometrów, ale także o różnych skalach.

Wszystko jest ze sobą powiązane to coś, co często słyszymy, ale ledwo zastanawiamy się, w jakim stopniu jest to prawdą. W fizyce jest to nieunikniona prawda, jedna rzecz wpływa na drugą; na szczęście dla nas, prawie zawsze wiemy, jak jedna rzecz wpływa na drugą. Możemy również przewidzieć te zmiany i wykorzystać je na naszą korzyść. Widzieliśmy już, jak zmiana temperatury wiąże się ze zmianą pędu cząstek, ale istnieje wiele więcej powiązań niż tylko prędkość-temperatura.

Patrząc na pogodę, twoja intuicja może ci podpowiedzieć, że temperatura i ciśnienie są ze sobą ściśle powiązane. A jeśli znasz się na kolarstwie, prawdopodobnie wiesz również, że temperatura wpływa na gęstość powietrza, a tym samym na opór powietrza przy danej prędkości. Wynika to z rozszerzalności cieplnej gazów w powietrzu odpowiadającej wzrostowi objętości. Większa objętość przekłada się na mniejszą gęstość, ponieważ masa pozostaje stała.

Cała ta zależność między ciśnieniem, temperaturą i objętością jest najlepiej wyjaśniona przez równanie prawa gazu doskonałego, przynajmniej w idealnym świecie. Używając tego kalkulatora wraz z kalkulatorem gęstości powietrza i kalkulatorem równania oporu 🇺🇸 możesz łatwo zobaczyć, jak zmiana temperatury może znacząco zmienić wyniki eksperymentu, takiego jak swobodny spadek z oporem powietrza. Jest to łatwe do skorygowania, ale jeśli tego nie zrobisz, możesz skończyć z dziwnymi wartościami siły grawitacji Ziemi. W tym przypadku problem wynikałby z różnicy w sile wyporu wynikającej z różnicy w gęstości powietrza.

Wszystkie te zależności między temperaturą a objętością, ciśnieniem lub prędkością zależą od konkretnych właściwości materiału, z którym masz do czynienia. Właściwości te są zwykle parametryzowane przez fizyków za pomocą takich wielkości jak ciepło właściwe, ciepło utajone lub przewodność cieplna.

Teraz porozmawiamy o tym kalkulatorze konwersji temperatury, o tym, jak mierzy się temperaturę i dlaczego w ogóle potrzebujemy różnych jednostek do pomiaru temperatury. Ponieważ, uwaga spoiler, posiadanie pomiarów w stopniach Celsjusza i temperatury w stopniach Fahrenheita lub używanie skali temperatury Lorda Kelvina jest bardzo przydatne, nawet jeśli oznacza to, że musimy przeliczyć temperaturę z Fahrenheitów na Celsjusze, aby w ogóle się zrozumieć.

Jeśli chodzi o pomiar temperatury, możesz powiedzieć, że jest ona mierzona w stopniach i po prostu różni ludzie używają różnych stopni. Ale to nie jest zbyt satysfakcjonująca odpowiedź, a także taka, która bardzo denerwuje naukowców, ponieważ preferowana nomenklatura nie zawiera zwrotu "stopień". W każdym razie, istnieje wiele różnych jednostek do mierzenia temperatury, z których najpopularniejsze to Kelwin, Celsjusz i Fahrenheit, w zależności od kraju lub innych uwarunkowań.

Istnieje jednak wiele więcej jednostek temperatury, a niektóre z nich są równie bezużyteczne, co nieznane. W tym kalkulatorze konwersji jednostek temperatury mamy je wszystkie i pozwolimy ci pobawić się dziwnymi konwersjami temperatury, a nawet pokażemy, jak stworzyć własną tabelę konwersji temperatury dla nieznanych jednostek, jeśli lubisz takie rzeczy. Na razie wspomnijmy tylko o niektórych z nich.

Do najdziwniejszych i najbardziej niejasnych należą jednostki temperatury, takie jak Rankine, Delisle, Newton, Réaumur, Rømer... Jeśli interesujesz się nauką, prawdopodobnie zauważyłeś/aś, że wszystkie nazwy są nazwiskami naukowców. W rzeczywistości, od (Lorda) Kelvina przez Fahrenheita do Celsjusza wszystkie jednostki temperatury są nazwane na cześć tych, którzy (rzekomo) stworzyli takie skale temperatury.

Powodem, dla którego istnieje tak wiele jednostek jest to, że temperatura jest trudna do zmierzenia i nie ma oczywistego sposobu na ustalenie uniwersalnej skali. W rzeczywistości przez tysiące lat nikt nawet nie wiedział, czy istnieje górna lub dolna granica temperatury, więc bardzo trudno było ustalić punkt odniesienia.

Zobaczymy bardziej szczegółowo niektóre z najważniejszych skal temperatury oraz konwersję temperatury (lub konwersję temperatury dla tych, którzy mają ograniczony czas) między tymi powszechnie używanymi skalami. Jeśli naprawdę lubisz czytać o skalach temperatur i równoważnościach, polecamy anglojęzyczny, naprawdę zabawny artykuł autorstwa Clive'a Maxfielda, który może, ale nie musi, zawierać rzeczywiste konwersje między Fahrenheitem a Celsjuszem. Zobaczymy również, jak naturalne zjawiska, takie jak punkt zamarzania, punkt rosy i punkty wrzenia, były kluczowe dla rozwoju powszechnej skali temperatur.

Zobaczmy, jak korzystać z tego kalkulatora! W tym kalkulatorze przelicznika temperatury zapewniamy wszystkie dostępne jednostki, dzięki czemu nie trzeba wykonywać żadnych kroków, aby na przykład przeliczyć Fahrenheity na Celsjusze lub Celsjusze na Fahrenheity. Domyślnie kolejność, w jakiej się pojawiają, jest następująca:

• Celsjusz
• Fahrenheit
• Kelwin
• Rankine
• Delisle
• Newton
• Réaumur
• Rømer

Tak po prostu, nie musisz nawet znać wzoru na konwersję temperatury. Technologia jest piękna, czyż nie?

Skala temperatury Celsjusza jest prawdopodobnie najszerzej stosowaną z nienaukowych jednostek temperatury. Jej początki sięgają XVIII wieku, kiedy to wynalazł ją Anders Celsius. Zasady jej działania są tak proste, jak to tylko możliwe.

Pierwszym założeniem Andersa było to, że lód topi się zawsze w tej samej temperaturze, a także wrze w tej samej temperaturze. Tak więc, używając bardzo dobrze skonstruowanego termometru (prawdopodobnie po prostu pustej szklanej rurki wypełnionej alkoholem), umieścił znak dla każdego z tych punktów. Tylko że 0 i 100 umieścił w odwrotnej kolejności niż my teraz, więc dla niego 0C oznaczało wrzątek, a 100C lód.

Następnie stworzył 100 podziałów między tymi dwoma znakami i nazwał każdy z nich "stopniem". To jest powód, dla którego ta skala jest również nazywana skalą centygraficzną: ponieważ ma sto (centy) stopni. Od czasu jej stworzenia, jednostka ta była w zasadzie de facto standardem w większości krajów (nie w USA) i była nawet jednostką temperatury w układzie SI przez wiele lat, dopóki Lord Kelvin nie stworzył skali bardziej zakorzenionej w nauce.

Kluczowym osiągnięciem tej skali jest przypisanie łatwych do obliczania liczb dla normalnych temperatur, które spotykamy na co dzień. Liczby od 0 do 100 są łatwe do wyobrażenia, obliczania i zrozumienia. Rzadko zdarza się, aby temperatura czegoś była wyższa niż 100ºC, a jeszcze rzadziej niższa niż -100ºC.

Istnieje jednak problem ze skalą Celsjusza: nie jest ona uniwersalna. Największą wadą tej skali temperatury jest fakt, że woda zmienia swoją temperaturę wrzenia na różnej wysokości, a raczej wraz ze zmianą ciśnienia. Zmienia się również jej temperatura topnienia. Tak więc ustalenie standaryzowanego punktu 0ºC lub 100ºC staje się naprawdę trudne.

Nie przeszkadza to jednak zbytnio naukowcom. Po prostu zmierzyliby wszystkie inne zmienne, skorygowali je i ustalili poprawną wartość. Jednak to, co niepokoi naukowców, to brak uniwersalnego motywu stojącego za decyzjami w związku z powstaniem tejże skali. Dlaczego wybrano wodę, a nie ropę? Jaki olej? Co jeśli bylibyśmy na innej planecie z innymi warunkami, czy moglibyśmy odtworzyć skalę? Tak więc na ratunek przyszedł lord Kelvin ze swoją uniwersalną skalą temperatur, ale to historia na inny rozdział.

Skala Kelvina jest obecnie najczęściej używaną skalą w nauce i nie bez powodu. Ma wszystko, co powinna mieć prawdziwie naukowa jednostka miary: jest oparta na uniwersalnych zasadach, jest niezależna od czynników zewnętrznych, a jako dodatkowy bonus, jest zdefiniowana w sposób, który ułatwia przeliczenie Celsjuszy na Kelviny i odwrotnie. Skala Kelwina została ustawiona tak, aby była podobna do Celsjusza, dla wygody użytkowników. Oznacza to, że różnica między jednostką temperatury w układzie SI (Kelvin) a metryczną jednostką temperatury jest żadna, a skale różnią się tylko punktem początkowym.

Uniwersalność kelwinów wynika z faktu, że 0 K jest dokładnie najzimniejszą fizycznie możliwą temperaturą, zerem absolutnym. Nie jest łatwo zrozumieć, jak można być pewnym, że temperatura jest najzimniejsza z możliwych. Tym bardziej, jeśli zdamy sobie sprawę, że nie jest możliwe osiągnięcie jej w rzeczywistości. Jedną ze sztuczek wykorzystywanych do dojścia do tego wniosku z naukową pewnością jest wykorzystanie zależności między ciśnieniem, temperaturą i objętością.

Gdybyśmy mieli sporządzić wykres zależności ciśnienia lub objętości od temperatury, odkrylibyśmy coś dość oczywistego: ciśnienie spada wraz z temperaturą, podobnie jak objętość (przynajmniej w odizolowanym układzie, w którym wszystkie inne zmienne są utrzymywane na stałym poziomie). Co więcej, możesz przeprowadzić analizę tej zależności za pomocą chi kwadrat lub interpolacji liniowej, aby uzyskać linię trendu. Jeśli następnie ekstrapolujesz, aż znajdziesz miejsce, w którym przecina oś, przekonasz się, że temperatura, w której objętość i ciśnienie wyniosłyby 0, jest taka sama dla większości materiałów: 0 K = -273,15ºC = 459,67ºF.

Tę wartość nazywamy zerem absolutnym. Nie jest możliwe osiągnięcie niższej temperatury, ponieważ oznaczałoby to osiągnięcie ujemnego ciśnienia lub ujemnej objętości, co jest fizycznym absurdem. Ta ekstrapolacja linii trendu nie jest bynajmniej jedynym sposobem na znalezienie wartości zera absolutnego, a bardziej nowoczesne eksperymenty potwierdziły ten wynik. Niemniej jednak bardzo zaskakujące jest to, że chociaż nie ma górnego limitu temperatur we wszechświecie, najzimniejsza temperatura jest czymś bardzo jasno zdefiniowanym i niezależnym od systemu.

Jeśli jednak chodzi o zdefiniowanie skali temperatury, nadal musimy uzyskać więcej danych, ponieważ zdefiniowaliśmy tylko jeden punkt odniesienia, a potrzebujemy co najmniej dwóch. Drugim punktem odniesienia został wybrany przez naukowców punkt potrójny wody. Jednym z powodów tej decyzji jest to, że woda jest dość prostą, powszechnie dostępną cieczą, która jest również niezbędna do życia, jakie znamy. Potrójny punkt wody to stan, w którym woda współistnieje jednocześnie w postaci stałej, ciekłej i gazowej. Jest to możliwe do osiągnięcia tylko przy określonym ciśnieniu i, co dla nas kluczowe, temperaturze.

Uzbrojeni w dwa punkty odniesienia i nasz pożądany rozmiar jednostki (taki sam jak stopień Celsjusza), możemy zacząć ustalać wartości dla typowych zdarzeń. Zgodnie z tymi założeniami, woda topi się w temperaturze 273,15K, a wrze w 373,15K; normalna temperatura ludzkiego ciała wynosi około 306K. Skala ta ma problem z przypisywaniem dość dużych liczb dla normalnych temperatur w dążeniu do skali bez liczb ujemnych, co jest powodem, dla którego nie stała się ona standardową jednostką miary dla wszystkich i wszędzie. Jest to jednak jednostka temperatury w układzie SI i zdecydowanie najczęściej używana ze wszystkich jednostek temperatury do obliczeń naukowych.

Ostatnia uwaga, zanim przejdziemy do innych tematów: byliśmy bardzo ostrożni, aby precyzyjnie powiedzieć, że nie ma "zimniejszych" temperatur niż 0 K, ale nigdy nie powiedzieliśmy "nie ma ujemnych temperatur bezwzględnych", ponieważ byłoby to stwierdzenie fałszywe. Wszystko, co musisz wiedzieć, to to, że ujemne temperatury bezwzględne istnieją, są gorętsze niż jakakolwiek dodatnia temperatura i występują tylko w bardzo szczególnych układach o określonych właściwościach.

Podobnie jak skala Celsjusza, skala Fahrenheita została stworzona przez człowieka nauki, który chciał stworzyć najlepszą skalę temperatury z najlepszymi jednostkami temperatury we wszechświecie; i również mu się to nie udało. Holender Daniel Gabriel Fahrenheit był współczesnym Andersem Celsjuszem, który uważał, że może zrobić coś lepszego niż skala Celsjusza. Cała historia tego, jak skończył tworząc obecne jednostki Fahrenheita, jest znacznie lepiej wyjaśniona w poniższym filmie, więc polecamy go obejrzeć.

Dla tych, którym "nie chce się" oglądać wideo, oto krótkie podsumowanie. Fahrenheit był sierotą od młodzieńczych lat spędzał czas podróżując jako czeladnik i uciekając od starego mistrza. W końcu spotkał się z Rømerem, od którego nauczył się robić termometry i którego skalę temperatury "użył jako odniesienie" i zdecydowanie ich nie skopiował. Z czasem jednak Fahrenheit ulepszył skalę Rømera, aż stała się dzisiejszą skalą Fahrenheita z 32ºF jako temperaturą zamarzania wody.

Skala Fahrenheita jest tak samo akceptowalna jak każda inna skala, ale ze względu na to, jak została stworzona, wydaje się nieco mniej intuicyjna w użyciu dla tych, którzy nie są do niej przyzwyczajeni. Przelicznik jednostek temperatury z F na C jest również bardziej skomplikowany niż przelicznik Celsjusza na Kelvina. Mimo to, wzory konwersji temperatury z Fahrenheita na Celsjusza i z Celsjusza na Fahrenheita nie są zbyt skomplikowane. Zobaczmy teraz, jak możemy wziąć temperaturę w Fahrenheitach i przekształcić ją w temperaturę wyrażoną w metrycznej jednostce temperatury, Celsjuszach.

Dla tych z was, którzy chcą przeliczyć Celsjusze na Fahrenheity, oto jak to zrobić. Weź metryczną jednostkę temperatury i zastosuj następujący wzór: (C * 9/5) + 32 = F, gdzie używamy C dla stopni Celsjusza i F dla stopni Fahrenheita. Jeśli chcesz dokonać konwersji jednostki temperatury z F na C, musisz odwrócić wzór. Wynik powinien wyglądać następująco: (F-32) * 5/9 = C. W ten sposób możesz przekształcić jednostkę temperatury z F na C według własnego uznania.

Wielu z was może mieć bardzo interesujące pytanie: "jak można zmierzyć temperaturę?" lub odwrotnie: "jak działają czujniki temperatury?" Kluczem do odpowiedzi na te pytania jest pierwsza sekcja: poprzez wpływ na inne zmienne, takie jak ciśnienie, objętość, opór elektryczny przewodu... Ponieważ temperatura jest tak naprawdę średnią prędkością cząsteczek i atomów, bezpośredni pomiar jest praktycznie niemożliwy, ale możemy bardzo łatwo zmierzyć wpływ temperatury na inne właściwości materiału.

Jednym z najczęstszych sposobów pomiaru, a przynajmniej jednym z najstarszych, jest rozszerzalność cieplna. Ponieważ większość materiałów powiększa się wraz ze wzrostem temperatury, można starannie zaprojektować pojemnik lub tabelę skalibrowanych oznaczeń, które mogą przełożyć rozmiar (zazwyczaj objętość lub długość) na temperaturę. W ten sposób działają termometry rtęciowe i alkoholowe. Metoda ta ma pewne ograniczenia, takie jak zakres temperatur, konieczność kontaktu ze źródłem ciepła w celu określenia jego temperatury, a przede wszystkim w dzisiejszych czasach naprawdę trudno jest uzyskać jakikolwiek odczyt elektryczny lub cyfrowy.

Problem ten można rozwiązać, wykorzystując różne właściwości materiałów, na które również wpływa temperatura. Jeśli jesteśmy naprawdę zainteresowani uzyskaniem cyfrowego/elektrycznego wyjścia z naszego urządzenia pomiarowego, intuicyjną rzeczą do zrobienia jest spojrzenie na właściwości elektryczne, które są zależne od temperatury. Na szczęście większość właściwości elektrycznych i efektów ma silną zależność od temperatury — bezpośrednio lub pośrednio.

Najczęściej wykorzystywane efekty obejmują efekt Halla, spadek napięcia w materiale lub efekt Seebecka (tak działają termoparowe czujniki temperatury). Efekty te można prześledzić do mobilności elektronów w materiale lub odwrotnie, ich prędkości dryfu, która jest podstawową właściwością materiału i zależy silnie i bezpośrednio od temperatury, będąc wibracją jego atomów i cząsteczek.

Innym sposobem pomiaru temperatury przy użyciu jej wpływu na inne zjawiska jest sposób pomiaru zewnętrznej temperatury gwiazd: przy użyciu prawa Stefana-Boltzmanna i prawa Wiena. Prawa te odnoszą się do energii fotonu (i odpowiadającej jej długości fali de Broglie'a), czyli koloru światła emitowanego przez obiekt o określonej temperaturze. Dlatego kolor żarówek jest często mierzony za pomocą skali temperatury Kelvina. Tą techniką naukowcy mierzą temperaturę czarnej dziury i innych obiektów niebieskich, pod warunkiem że po drodze nie występuje efekt przesunięcia ku czerwieni lub że go skorygujemy. Ta ostatnia metoda jest bardzo blisko związana ze sposobem działania termometrów na podczerwień w kształcie pistoletu.

Z pewnością istnieją inne procesy termodynamiczne, takie jak sprawność Carnota, które można wykorzystać do tego celu. Moglibyśmy nawet użyć efektu Dopplera i wzoru na prędkość dźwięku; jednak nie jest to bardzo wydajny ani skuteczny sposób pomiaru temperatury, dlatego generalnie do pomiaru normalnych temperatur, z którymi spotykamy się na co dzień, wykorzystywane są tylko efekty elektryczne lub kwantowe.

W każdym razie temperatura jest bardzo istotnym pomiarem i w dużym stopniu opanowaliśmy "sztukę" jej pomiaru. Nawet jeśli przed nami jeszcze długa droga, zanim cały świat zgodzi się co do tego, która jednostka jest najlepsza — przynajmniej do naszych codziennych potrzeb.