Graad Celsius
Afgeleide SI-eenheid · grootheid: temperatuur
01 · Definitie
De graad Celsius is gelijk aan de kelvin: dezelfde stap, een verschoven nulpunt. Een temperatuurverschil levert in beide schalen hetzelfde getal op, terwijl de temperaturen zelf precies 273,15 verschillen.
Van oudsher werd de schaal vastgelegd door twee vaste punten: het smelten van ijs en het koken van water. Het onderste houdt stand — de druk verschuift het duizendsten van een graad. Het bovenste houdt in het geheel geen stand: water kookt alleen op zeeniveau bij honderd graden, en in de bergen merkbaar eerder. Daarom heeft de moderne definitie het koken losgelaten en de Celsius één enkel ankerpunt gelaten: hij is bepaald door de kelvin, en de kelvin sinds 2019 door de constante van Boltzmann.
Verwarmen van twintig naar dertig graden Celsius is dezelfde tien kelvin, en in de warmtetechniek schrijft men verschillen in kelvin, ongeacht in welke schaal de temperaturen zelf zijn gegeven. Het onderscheid komt alleen daar op waar de temperatuur op zichzelf in een formule staat: in de ideale-gaswet, in de straling van het zwarte lichaam, in het rendement van de kringloop van Carnot. Daar graden Celsius invullen is een veelgemaakte fout die een absurd antwoord geeft, want al deze wetten tellen vanaf het absolute nulpunt.
02 · Omrekening
Voer een temperatuur in — de fiche legt haar over alle schalen uit
Temperatuur wordt niet met een factor omgerekend, maar met een factor plus een verschuiving: elke schaal heeft haar eigen nulpunt en haar eigen graadgrootte. Daarom gaat in geen enkel paar de nul over in de nul — behalve bij de kelvin en de Rankine.
De schalen van Celsius en Fahrenheit snijden elkaar in precies één punt: min veertig betekent in beide hetzelfde. Dat volgt eruit dat de Fahrenheit-graad vijf negende van de Celsius-graad meet, terwijl de nulpunten van de schalen tweeëndertig streepjes uit elkaar liggen. Het paar kelvin — Rankine zit anders in elkaar: het deelt het nulpunt en verschilt in graadgrootte, zodat hun verhouding constant is en gelijk aan één komma acht.
| Schaal | Naam | Waarde | Waar je haar tegenkomt |
|---|---|---|---|
| K | kelvin, SI-basiseenheid | 273,15 | natuurkunde, sterrenkunde, kleurtemperatuur |
| °C | graad Celsius | 0 | weer, geneeskunde, techniek |
| °F | graad Fahrenheit | 32 | de VS, de Bahama’s, Belize, de Kaaimaneilanden |
| °Ra | graad Rankine | 491,67 | warmtetechniek in de VS |
| °Ré | graad Réaumur | 0 | 19e-eeuws Rusland en Frankrijk, kaasmakerij |
| °De | graad Delisle | 150 | 18e-eeuws Rusland, de schaal andersom |
| °N | graad Newton | 0 | de eerste poging tot een schaal, 1701 |
| K | kelvin | 273,15 | referentiepunt ter vergelijking |
Kelvin en Celsius verschillen alleen door de verschuiving, Fahrenheit bovendien door de graadgrootte. In formules waarin de temperatuur op zichzelf staat en niet als verschil, deugt alleen een absolute schaal
03 · Ordes van grootte
van de nanokelvin tot de kern van een sterSmelten van ijs, 0 °C
04 · Meetinstrumenten
Waarmee graden Celsius worden gemeten
De kolom alcohol of galinstan stijgt met de temperatuur: de schaal wordt op twee vaste punten aangebracht en het tussenstuk gelijk verdeeld. Kwik is door het Verdrag van Minamata uit huishoudelijke apparaten verdreven, maar juist kwikthermometers bepaalden twee eeuwen lang wat een graad was.
De weerstand van zuiver platina stijgt met de temperatuur voorspelbaar en herhaalbaar, en daarom dient juist deze thermometer als normaal van waterstof tot zilver. Een industriële Pt100 geeft bij nul graden precies honderd ohm.
De las van twee ongelijke draden wekt een spanning van millivolts op, die afhangt van het verschil tussen de temperatuur van de las en die van het instrument. Hij is goedkoop, klein en verdraagt vijftienhonderd graden, dus zit hij in ovens, turbines en fornuizen.
Hij leest de temperatuur af aan de eigen infraroodstraling van het lichaam, zonder het aan te raken. De aanwijzing hangt af van de emissiviteit van het oppervlak: blinkend metaal wordt te laag gemeten, en dat is de voornaamste foutenbron van contactloze temperatuurmeting.
05 · Schrijfregels
Een spatie vóór het teken, en nooit „C°”
°C is een samengesteld symbool: het gradenteken staat tegen de Latijnse hoofdletter C aan, terwijl tussen getal en symbool een vaste spatie komt, zoals bij elke andere eenheid. De kelvin wordt zonder gradenteken geschreven — dat is hem in 1967 afgenomen.
Het gradenteken is een eigen teken, U+00B0, geen hooggeplaatste nul en niet de letter „o”. Unicode kent ook de kant-en-klare ligatuur ℃ (U+2103), maar de normen raden aan twee tekens te typen: de ligatuur reist slecht tussen lettertypen en breekt het zoeken in de tekst. Negatieve waarden schrijft men met het minteken U+2212, niet met een koppelteken.
06 · Naburige eenheden
De kelvin is de oudste van de familie: een SI-basiseenheid waarvan de Celsius alleen verschilt door waar het nulpunt ligt. Fahrenheit leidt in drie landen zijn eigen leven; Rankine is een absolute schaal met de Fahrenheit-graad.
dezelfde graad, een nulpunt lager
temperatuur van alledag
de VS, de Bahama’s, Belize
Van de fiches van Simetrium grenzen aan de graad Celsius kelvin als basiseenheid van temperatuur, graad Fahrenheit en graad Rankine — het Angelsaksische paar, en verder joule, waardoor temperatuur samenhangt met de bewegingsenergie van deeltjes.
07 · Historisch deel
De schaal die na de dood van haar bedenker werd omgedraaid
Anders Celsius zette de nul bij het koken van water en de honderd bij het smelten van ijs: hoe kouder, hoe groter het getal. De logica was meteorologisch — in Uppsala kwamen zo bijna nooit negatieve waarden voor.
Een jaar na de dood van Celsius werd de schaal omgekeerd tot de vorm die wij kennen. Het auteurschap wordt zowel toegeschreven aan Linnaeus, die een thermometer voor zijn kas bestelde, als aan Mårten Strömer, Celsius’ opvolger aan de sterrenwacht; sluitend bewijs voor een van beiden is er niet.
Tot 1948 heette de schaal centigrade, maar in het Frans en het Spaans betekende dat woord een honderdste van de rechte hoek. De Algemene Conferentie maakte een einde aan de dubbelzinnigheid door de schaal de naam van haar bedenker te geven.
Eerst werd de schaal opnieuw bepaald via het tripelpunt van water, daarna legde de ITS-90 praktische vaste punten vast van waterstof tot koper, en in 2019 werd de kelvin vastgelegd door de constante van Boltzmann. Het koken van water hield op definitie te zijn en werd louter een feit.
Het nulpunt van de schaal is niet het smeltpunt
Sinds de herdefinitie via de kelvin is nul graden Celsius per definitie niet meer het smeltpunt van ijs — het zijn simpelweg 273,15 K. Bij normale druk smelt ijs ongeveer een tienduizendste graad lager, en dat verschil is geen meetfout maar het gevolg van het losmaken van de definitie van een stof. Het water in de tripelpuntcel moet de isotopensamenstelling van oceaanwater hebben: zware isotopen van waterstof en zuurstof verschuiven het punt een kwart millikelvin, en de norm schrijft de samenstelling apart voor. Sinds 2019 is ook dat verdwenen: de kelvin ligt vast door een getalswaarde van de constante van Boltzmann, en tripelpuntcellen zijn van de definitie opgeschoven naar de rang van gebruiksnormalen, op één lijn met de stolpunten van gallium, indium en zilver.
Catalogus · meeteenheden
Een fiche voor elke grootheid
Zeven SI-basiseenheden, tweeëntwintig afgeleide met een eigen naam en de eenheden buiten het stelsel waar techniek noch dagelijks leven het zonder stelt. Elk heeft haar eigen blad: definitie, omrekening, instrumenten, schrijfregels. In 14 talen.
Afgeleide SI-eenheden met een eigen naam
fiche van de graad Celsius geopendSI-basiseenheden
in terracotta: de kelvin, waaruit Celsius door verschuiving ontstaatTemperatuurschalen die buiten gebruik zijn geraakt
Taal van de fiche
14 talen. Het symbool °C is internationaal, maar de vertrouwde alledaagse schaal niet: in de vertalingen voor de VS en Belize opent de fiche met de omrekening naar Fahrenheit.