Βαθμός Κελσίου
Παράγωγη μονάδα SI · μέγεθος: θερμοκρασία
01 · Ορισμός
Ο βαθμός Κελσίου ισούται με το κέλβιν: ίδιο βήμα, μετατοπισμένο μηδέν. Μια διαφορά θερμοκρασιών εκφράζεται με τον ίδιο αριθμό και στις δύο κλίμακες, ενώ οι ίδιες οι θερμοκρασίες διαφέρουν ακριβώς κατά 273,15.
Ιστορικά την κλίμακα την όριζαν δύο σταθερά σημεία: το λιώσιμο του πάγου και ο βρασμός του νερού. Το κάτω κρατά γερά — η πίεση το μετατοπίζει κατά χιλιοστά του βαθμού. Το πάνω δεν κρατά καθόλου: το νερό βράζει στους εκατό βαθμούς μόνο στη στάθμη της θάλασσας, ενώ στα βουνά αισθητά νωρίτερα. Γι’ αυτόν ακριβώς τον λόγο ο σύγχρονος ορισμός εγκατέλειψε τον βρασμό και άφησε στον Κελσίου μία μόνο άγκυρα: ορίζεται μέσω του κέλβιν, και το κέλβιν από το 2019 μέσω της σταθεράς του Μπόλτσμαν.
Η θέρμανση από τους είκοσι στους τριάντα βαθμούς Κελσίου είναι τα ίδια δέκα κέλβιν, και στη θερμοτεχνική οι διαφορές γράφονται σε κέλβιν ανεξάρτητα από την κλίμακα στην οποία δίνονται οι ίδιες οι θερμοκρασίες. Η διάκριση φαίνεται μόνο εκεί όπου η θερμοκρασία μπαίνει στον τύπο αυτή καθαυτή: στον νόμο των ιδανικών αερίων, στην ακτινοβολία του μέλανος σώματος, στον βαθμό απόδοσης του κύκλου Κάρνο. Το να βάλει κανείς εκεί βαθμούς Κελσίου είναι συνηθισμένο λάθος που δίνει παράλογη απάντηση, γιατί όλοι αυτοί οι νόμοι μετρούν από το απόλυτο μηδέν.
02 · Μετατροπή
Δώστε μια θερμοκρασία και το δελτίο θα την απλώσει σε όλες τις κλίμακες
Η θερμοκρασία δεν μετατρέπεται με συντελεστή αλλά με συντελεστή και μετατόπιση: κάθε κλίμακα έχει το δικό της μηδέν και το δικό της μέγεθος βαθμού. Γι’ αυτό το μηδέν δεν πηγαίνει στο μηδέν σε κανένα ζεύγος — εκτός από το κέλβιν με το Ράνκιν.
Οι κλίμακες Κελσίου και Φαρενάιτ τέμνονται σε ακριβώς ένα σημείο: το μείον σαράντα σημαίνει το ίδιο και στις δύο. Προκύπτει από το ότι ο βαθμός Φαρενάιτ μετρά πέντε ένατα του βαθμού Κελσίου, ενώ τα μηδενικά των κλιμάκων απέχουν τριάντα δύο υποδιαιρέσεις. Το ζεύγος κέλβιν — Ράνκιν είναι φτιαγμένο αλλιώς: μοιράζονται το μηδέν και διαφέρουν στο μέγεθος του βαθμού, οπότε ο λόγος τους είναι σταθερός και ίσος με ένα κόμμα οκτώ.
| Κλίμακα | Ονομασία | Τιμή | Πού απαντά |
|---|---|---|---|
| K | κέλβιν, θεμελιώδης μονάδα SI | 273,15 | φυσική, αστρονομία, θερμοκρασία χρώματος |
| °C | βαθμός Κελσίου | 0 | καιρός, ιατρική, τεχνική |
| °F | βαθμός Φαρενάιτ | 32 | ΗΠΑ, Μπαχάμες, Μπελίζ, Νήσοι Κέιμαν |
| °Ra | βαθμός Ράνκιν | 491,67 | θερμοτεχνική στις ΗΠΑ |
| °Ré | βαθμός Ρεωμύρου | 0 | Ρωσία και Γαλλία του 19ου αιώνα, τυροκομία |
| °De | βαθμός Ντελίλ | 150 | Ρωσία του 18ου αιώνα, η κλίμακα ανάποδα |
| °N | βαθμός Νεύτωνα | 0 | η πρώτη απόπειρα κλίμακας, 1701 |
| K | κέλβιν | 273,15 | σημείο αναφοράς για σύγκριση |
Το κέλβιν και ο Κελσίου διαφέρουν μόνο στη μετατόπιση, το Φαρενάιτ και στο μέγεθος του βαθμού. Σε τύπους όπου η θερμοκρασία μπαίνει αυτή καθαυτή και όχι ως διαφορά, ταιριάζει μόνο απόλυτη κλίμακα
03 · Τάξεις μεγέθους
από το νανοκέλβιν ως τον πυρήνα άστρουΛιώσιμο του πάγου, 0 °C
04 · Όργανα μέτρησης
Με τι μετρούνται οι βαθμοί Κελσίου
Η στήλη οινοπνεύματος ή γαλίνσταν ανεβαίνει με τη θερμοκρασία: η κλίμακα χαράσσεται πάνω σε δύο σταθερά σημεία και το διάστημα μοιράζεται ισομερώς. Ο υδράργυρος διώχθηκε από τις οικιακές συσκευές με τη Σύμβαση της Μιναμάτα, όμως ήταν ακριβώς τα υδραργυρικά θερμόμετρα που επί δύο αιώνες όριζαν τι θεωρείται βαθμός.
Η αντίσταση του καθαρού λευκοχρύσου αυξάνεται με τη θερμοκρασία προβλέψιμα και επαναλήψιμα, γι’ αυτό ακριβώς αυτό το θερμόμετρο χρησιμεύει ως πρότυπο από το υδρογόνο ως τον άργυρο. Ένα βιομηχανικό Pt100 δίνει στους μηδέν βαθμούς ακριβώς εκατό ωμ.
Η συγκόλληση δύο ανόμοιων συρμάτων γεννά τάση μερικών μιλιβόλτ, που εξαρτάται από τη διαφορά θερμοκρασίας ανάμεσα στη συγκόλληση και το όργανο. Είναι φθηνό, μικρό και αντέχει χίλιους πεντακόσιους βαθμούς, γι’ αυτό βρίσκεται σε κλιβάνους, στροβίλους και φούρνους.
Διαβάζει τη θερμοκρασία από την ίδια την υπέρυθρη ακτινοβολία του σώματος, χωρίς να το αγγίξει. Η ένδειξη εξαρτάται από τον συντελεστή εκπομπής της επιφάνειας: το γυαλιστερό μέταλλο μετριέται χαμηλότερα, και αυτή είναι η κύρια πηγή σφαλμάτων στη θερμομέτρηση χωρίς επαφή.
05 · Κανόνες γραφής
Ένα κενό πριν από το σύμβολο, και ποτέ «C°»
Το °C είναι σύνθετο σύμβολο: το σύμβολο του βαθμού κολλάει στο λατινικό κεφαλαίο C, ενώ ανάμεσα στον αριθμό και το σύμβολο μπαίνει αχώριστο κενό, όπως σε κάθε άλλη μονάδα. Το κέλβιν γράφεται χωρίς κανένα σύμβολο βαθμού — του το αφαίρεσαν το 1967.
Το σύμβολο του βαθμού είναι δικός του χαρακτήρας, U+00B0, όχι εκθέτης μηδέν ούτε το γράμμα «ο». Το Unicode έχει και έτοιμο σύμπλεγμα ℃ (U+2103), αλλά τα πρότυπα συνιστούν να πληκτρολογούνται δύο χαρακτήρες: το σύμπλεγμα ταξιδεύει άσχημα ανάμεσα σε γραμματοσειρές και χαλάει την αναζήτηση στο κείμενο. Οι αρνητικές τιμές γράφονται με το πρόσημο μείον U+2212, όχι με ενωτικό.
06 · Γειτονικές μονάδες
Το κέλβιν είναι ο μεγαλύτερος της οικογένειας: θεμελιώδης μονάδα SI από την οποία ο Κελσίου διαφέρει μόνο στο πού βρίσκεται το μηδέν. Το Φαρενάιτ ζει τη δική του ζωή σε τρεις χώρες· το Ράνκιν είναι απόλυτη κλίμακα με τον βαθμό Φαρενάιτ.
ο ίδιος βαθμός, ένα μηδέν χαμηλότερα
θερμοκρασία της καθημερινότητας
ΗΠΑ, Μπαχάμες, Μπελίζ
Από τα δελτία του Simetrium δίπλα στον βαθμό Κελσίου στέκουν κέλβιν ως θεμελιώδης μονάδα της θερμοκρασίας, βαθμός Φαρενάιτ και βαθμός Ράνκιν — το αγγλοαμερικανικό ζεύγος, καθώς και τζάουλ, μέσω του οποίου η θερμοκρασία συνδέεται με την ενέργεια κίνησης των σωματιδίων.
07 · Ιστορικό μέρος
Η κλίμακα που αναποδογύρισαν μετά τον θάνατο του δημιουργού
Ο Άντερς Κέλσιους έβαλε το μηδέν στον βρασμό του νερού και το εκατό στο λιώσιμο του πάγου: όσο πιο κρύο, τόσο μεγαλύτερος ο αριθμός. Η λογική ήταν μετεωρολογική — στην Ουψάλα έτσι δεν προέκυπταν σχεδόν ποτέ αρνητικές τιμές.
Έναν χρόνο μετά τον θάνατο του Κέλσιους η κλίμακα αναστράφηκε στη μορφή που ξέρουμε. Η πατρότητα αποδίδεται τόσο στον Λινναίο, που παρήγγειλε θερμόμετρο για το θερμοκήπιό του, όσο και στον Μόρτεν Στρέμερ, διάδοχο του Κέλσιους στο αστεροσκοπείο· ασφαλείς μαρτυρίες για κανέναν από τους δύο δεν υπάρχουν.
Ως το 1948 η κλίμακα λεγόταν εκατονταβάθμια, centigrade, αλλά στα γαλλικά και στα ισπανικά η λέξη σήμαινε το εκατοστό της ορθής γωνίας. Η Γενική Συνδιάσκεψη έκλεισε την αμφισημία δίνοντας στην κλίμακα το όνομα του δημιουργού της.
Πρώτα η κλίμακα ορίστηκε ξανά μέσω του τριπλού σημείου του νερού, έπειτα η ITS-90 κατέγραψε πρακτικά σταθερά σημεία από το υδρογόνο ως τον χαλκό, και το 2019 το κέλβιν καθηλώθηκε στη σταθερά του Μπόλτσμαν. Ο βρασμός του νερού έπαψε να είναι ορισμός και έγινε απλώς γεγονός.
Το μηδέν της κλίμακας δεν είναι το σημείο τήξης
Μετά τον επαναπροσδιορισμό μέσω του κέλβιν, οι μηδέν βαθμοί Κελσίου έπαψαν εξ ορισμού να είναι το σημείο τήξης του πάγου — τώρα είναι απλώς 273,15 K. Σε κανονική πίεση ο πάγος λιώνει περίπου ένα δεκάκις χιλιοστό του βαθμού χαμηλότερα, και η διαφορά αυτή δεν είναι σφάλμα μέτρησης αλλά συνέπεια του ότι ο ορισμός ξεκόλλησε από μια ουσία. Το νερό στην κυψελίδα του τριπλού σημείου πρέπει να έχει την ισοτοπική σύσταση του ωκεάνιου νερού: τα βαριά ισότοπα του υδρογόνου και του οξυγόνου μετατοπίζουν το σημείο κατά ένα τέταρτο του μιλικέλβιν, και το πρότυπο ορίζει τη σύσταση χωριστά. Από το 2019 δεν έμεινε ούτε αυτό: το κέλβιν δίνεται με αριθμητική τιμή της σταθεράς του Μπόλτσμαν, και οι κυψελίδες τριπλού σημείου πέρασαν από τον ορισμό στην τάξη των προτύπων εργασίας, δίπλα στα σημεία στερεοποίησης του γαλλίου, του ινδίου και του αργύρου.
Κατάλογος · μονάδες μέτρησης
Ένα δελτίο για κάθε μέγεθος
Επτά θεμελιώδεις μονάδες SI, είκοσι δύο παράγωγες με δικό τους όνομα και οι μονάδες εκτός συστήματος χωρίς τις οποίες δεν τα βγάζει πέρα ούτε η τεχνική ούτε η καθημερινότητα. Καθεμιά έχει το φύλλο της: ορισμός, μετατροπή, όργανα, κανόνες γραφής. Σε 31 γλώσσες.
Παράγωγες μονάδες SI με δικό τους όνομα
το δελτίο του βαθμού Κελσίου είναι ανοιχτόΘεμελιώδεις μονάδες SI
με τερακότα — το κέλβιν, από το οποίο ο Κελσίου προκύπτει με μετατόπισηΚλίμακες θερμοκρασίας εκτός χρήσης
Γλώσσα του δελτίου
31 γλώσσες. Το σύμβολο °C είναι διεθνές, η συνηθισμένη όμως καθημερινή κλίμακα όχι: στις μεταφράσεις για τις ΗΠΑ και το Μπελίζ το δελτίο ανοίγει με τη μετατροπή σε Φαρενάιτ.