Перевод величин: кельвин (k) → градус цельсия (°c), температурные шкалы

Измерения по Цельсию

Система измерения температурного градуса по Цельсию взяла своё название по имени Андерса Цельсия, шведского физика, разработавшего в 1742 году шкалу измерения температур. Учёный предположил, что такие физические процессы, как закипание воды, или таяние льда, напрямую зависят от давления в окружающей атмосфере. Это затрудняло исследования по определению точных показаний.

Шкала по Цельсию имела диапазон от 0 до 100 градусов со знаком «+», который продолжается вниз или вверх до бесконечности. Это являлось проблемой для точного измерения величин, поскольку известно, что ниже +4 °C вода имеет свойство расширяться и при дальнейшем понижении температуры даёт неправильные показания градусных значений.

Пересмотрена и модернизирована шкала температур по Цельсию была лишь после одобрения научным миром разработок физика Уильяма Томсона (Кельвина). Именно тогда была представлена постоянная температурная величина и принято определение, что 1 градус Цельсия равен 274,15 Кельвинам.

Как перевести Кельвин на градусы Цельсия

Не составит никакого труда перевести Кельвины в Цельсии. Термодинамическая шкала Kelvin принимается за абсолютную. На ней, в отличие от других измерительных шкал, нет отрицательных значений. Ее началом принято считать абсолютный ноль, ниже которого в природе не существует значений. Переводить градусы Celsius можно научиться даже без специальной программы в смартфоне.

При расчете нужно исходить из того, что ноль градусов Цельсия по Кельвину будет равен 273,15. Перевод одного показателя в другой можно осуществить путем сложения. Например, чтобы перевести 40°C или 100°C в К, надо к 40 или 100 прибавить 273,15 соответственно. Таким образом, 40°C = 313,15 К, 100°C = 373,15К.

Выполняя такие расчеты, необходимо научиться правильно понимать измерения по Kelvin. Когда речь идет об этой шкале, категорически запрещено использовать слово «градусы». Сказать «десять градусов Кельвина» или «на пять градусов Кельвина стало теплее» нельзя. Нужно говорить «десять Кельвинов» или «на пять Кельвинов теперь теплее».

Температура в Кельвинах

Такое название дано новой температурной единице по имени англичанина У. Томсона, впоследствии за неоценимые заслуги в развитии физики, получившего звание лорда Кельвина Ларгского. Им в 1848 году была предложена градусная единица для расчёта показаний температур в таком виде:

1 кельвин = 1/273,16 части температуры тройной точки воды.

По новой шкале отсчёт температуры начинается с абсолютного нуля. Под абсолютным нулём понимается состояние, равное величине минимальной внутренней энергии тела. Приведённое тождество можно охарактеризовать иначе:

1 К = 1/273,16 расстояния от абсолютного нуля до точки воды.

Тройная точка воды – это состояние равновесия пара, воды и льда. Абсолютный ноль по Томсону (0 К), это точка температуры, при которой прекращается движение молекул, газы не имеют никакого объёма, и называется такое их состояние – состоянием идеального холода. Достичь абсолютного нуля невозможно, но, благодаря расчётам учёного, удалось максимально к этому приблизиться. Весь смысл научных трудов сводился к тому, что вести подсчёты по такой шкале, где началом служит постоянная величина, принятая за абсолютный нуль, гораздо проще.

В новой шкале отсутствуют отрицательные величины. 0 К считается самой низкой температурой, которая возможна на Земле. Так, с точки зрения физиков и математиков, легче вычислять температуры, усреднять значения или выводить взаимоотношения плюсовых и минусовых градусов. Однако, когда речь идёт о значениях температур, представленных в Кельвинах, термин «градусы» не используют, ведь по шкале Томпсона значения определяются не градусами, а «абсолютной температурой».

Сравнение двух температурных величин

Принятая абсолютная температурная величина 0 К взята за начало отсчёта по шкале Кельвина. Вплоть до 1968 г. новая мера градусной величины именовалась «градусом Кельвина», по подобию с «градусом Цельсия». Впоследствии научное сообщество, во главе с Генеральной комиссией, ответственной за обозначения мер и весов, официально переименовала температурную единицу в «кельвин», с сокращённым обозначением «К» и относительной величиной к Цельсию (оС) равной: С/К = 1/274,15.

Существующая шкала температур Кельвина применяется чаще в научном мире, в химии, математике и физике, в частности – термодинамике. Далеко не всем понятно определение, что под К понимается термодинамическая температура тройной точки воды. И если простому обывателю знания температурных режимов необходимы на уровне погоды или приготовления пищи, то учёные используют в своих экспериментах ту систему, которая для конкретной работы представляется наиболее удобной.

Изучение технических определений, использующих данные шкалы Кельвина, введено в программу физико-математических вузов, или применяется для школьных классов с углублённым изучением данных предметов. Температурная шкала Кельвина как раз является более рациональной, нежели общераспространённая шкала Цельсия, при таких случаях, как, например, измерение цветовой температуры в лампах накаливания, осветительных приборах профессионального назначения (можно встретить обозначения 3000K; 6000K на фотокамерах, что говорит о яркости, качестве, др. температурных характеристиках прибора).

Измерения по Фаренгейту

Конвертацию значений из Фаренгейта в градусы Цельсия можно осуществить по несложным правилам, учитывая тот факт, что точка замерзания по Цельсию на 32 единицы ниже, чем по Фаренгейту.

Пример:

1°F = (1–32) * 0,55555 = — 17 °C;
10°F = (10–32) * 0,55555 = — 12 °C;
32°F = (32–32) * 0,55555 = 0 °C;
50°F = (50–32) * 0,55555 = +10 °C;
и т. д.

Однако, при обратной конвертации из Цельсия в Фаренгейты, расчёты по приведённой системе будут неточными, поэтому лучше прибегнуть к разработанной Фаренгейтом таблице. А также можно воспользоваться онлайн-калькулятором, размещённым на любом тематическом сайте. Показатели принятой таблицы перевода величин и расчётные данные по онлайн-калькулятору выглядят так:

0С = 32 F;
1С = 33,8F;
10С = 50F;
100С = 212F.

Как перевести Кельвины в градусы Фаренгейта

В Великобритании и Америке температуру привыкли измерять в градусах по Фаренгейту. Гражданам нашей страны она непривычна, но британцы и американцы используют только ее. Ее придумал в 1724 году ученый из Германии Г. Фаренгейт. Тогда исследователь разделил на сто градусов расстояние между двумя значениями: наиболее низкой температуры, которая была в городе, где он жил, и температуры тела человека. Нулю на ней соответствует температура водно-ледяной смеси с хлоридом аммония, а 96°F – температуре тела здорового человека.

Перевод в Кельвины с Фаренгейтов сделать проще, если знать их соотношение с Цельсиями. По таблице Фаренгейта замерзшая вода тает при температуре +32°F, а кипит при +212°F. Такое происходит только при нормальном давлении. Если оно не соответствует норме, температуры таяния и кипения могут отличаться от эталонных. Абсолютный ноль здесь 459,67°F. Эта шкала пересекается со шкалой Цельсия в точке, равной 40 градусов.

Конвертация одного значения в другое делается и более простым способом, если помнить, что 0 К равен абсолютному нулю, который соответствует 459,67 °F. На шкале Kelvin отсутствуют отрицательные значения. Чтобы рассчитать, нужно:

Прибавить сначала 459,67. Таким образом, получится: 459,67 + 80°F= 539, 67.
Затем, чтобы получить значения в кельвинах, нужно сумму умножить на 5/9, что приблизительно равно 0,5556.

539, 67х0,5556 = 299,84.

Ответ: 80°F = 299,84 К.

Чтобы научиться понимать измерения по Kelvin, важно усвоить, что 0 в данном случае является теоретической величиной, при которой у любого газа отсутствует объем, молекулы не двигаются. В природе этого значения невозможно достичь, а в рамках лабораторных работ исследователи приблизились к нему только теоретически

Из-за того, что в этой шкале отсутствуют отрицательные величины, вести подсчеты по ней легче. Физики и химики часто пользуются именно ее, т. к. начинать с абсолютного нуля любые вычисления проще. Многим обывателям эта шкала незнакома, ее не всегда изучают в школе. Не все до конца понимают, что такое самая низкая температура во Вселенной, поэтому пользуются градусами Цельсия или Фаренгейта, минимальные и максимальные значения которых более понятны.

Как перевести значения

Теперь, зная выведенные постоянные величины, переводить Кельвины в Цельсии и наоборот достаточно просто. Для этого нужно всего лишь к показанию градусов Цельсия добавить постоянную Кельвина.

Пример 1:

температура замерзания воды 0 оС;
по шкале Томпсона (Кельвина) 0 оС – это 273,16 К;
температура замерзания воды в «кельвинах» будет 273,16 К.

Пример 2:

температура кипения воды равна 100 градусов по Цельсию (t =100 оС);
100 + 273,16 = 373,16;
температура кипения воды в «кельвинах» равна 373,16 К.

Пример 3:

Нужно перевести 100 К в оС.

Если необходимо выполнить перевод «кельвинов» в градусы Цельсия, то надо из величины, взятой по шкале Томпсона (Кельвина), вычесть величину абсолютного нуля, равную 273,16.