Stopień Celsjusza
Jednostka pochodna SI · wielkość: temperatura
01 · Definicja
Stopień Celsjusza równa się kelwinowi: ten sam krok, przesunięte zero. Różnicę temperatur obie skale wyrażają tą samą liczbą, a same temperatury różnią się dokładnie o 273,15.
Historycznie skalę wyznaczały dwa punkty odniesienia: topnienie lodu i wrzenie wody. Dolny trzyma się mocno — ciśnienie przesuwa go o tysięczne części stopnia. Górny nie trzyma się wcale: woda wrze przy stu stopniach tylko na poziomie morza, a w górach wyraźnie wcześniej. Właśnie dlatego współczesna definicja zrezygnowała z wrzenia i zostawiła Celsjuszowi jedno jedyne zaczepienie: jest określony przez kelwin, a kelwin od 2019 roku przez stałą Boltzmanna.
Ogrzanie z dwudziestu do trzydziestu stopni Celsjusza to te same dziesięć kelwinów, a w technice cieplnej różnice zapisuje się w kelwinach niezależnie od tego, w jakiej skali podano same temperatury. Różnica ujawnia się tylko tam, gdzie temperatura wchodzi do wzoru sama, a nie jako różnica: w równaniu gazu doskonałego, w promieniowaniu ciała doskonale czarnego, w sprawności obiegu Carnota. Podstawienie tam stopni Celsjusza to częsty błąd dający absurdalny wynik, bo wszystkie te prawa liczą od zera bezwzględnego.
02 · Przeliczanie
Wpisz temperaturę, a karta rozłoży ją na wszystkie skale
Temperatury nie przelicza się mnożnikiem, lecz mnożnikiem z przesunięciem: każda skala ma własne zero i własną wielkość stopnia. Dlatego w żadnej parze zero nie przechodzi w zero — poza parą kelwin — Rankine.
Skale Celsjusza i Fahrenheita przecinają się dokładnie w jednym punkcie: minus czterdzieści znaczy w obu to samo. Wynika to stąd, że stopień Fahrenheita mierzy pięć dziewiątych stopnia Celsjusza, a zera skal dzieli trzydzieści dwie działki. Para kelwin — Rankine zbudowana jest inaczej: dzieli zero, a różni się wielkością stopnia, więc ich stosunek jest stały i wynosi jeden i osiem dziesiątych.
| Skala | Nazwa | Wartość | Gdzie występuje |
|---|---|---|---|
| K | kelwin, jednostka podstawowa SI | 273,15 | fizyka, astronomia, temperatura barwowa |
| °C | stopień Celsjusza | 0 | pogoda, medycyna, technika |
| °F | stopień Fahrenheita | 32 | USA, Bahamy, Belize, Kajmany |
| °Ra | stopień Rankine’a | 491,67 | technika cieplna w USA |
| °Ré | stopień Réaumura | 0 | Rosja i Francja XIX wieku, serowarstwo |
| °De | stopień Delisle’a | 150 | Rosja XVIII wieku, skala na odwrót |
| °N | stopień Newtona | 0 | pierwsza próba skali, 1701 |
| K | kelwin | 273,15 | punkt odniesienia do porównania |
Kelwin i Celsjusz różnią się tylko przesunięciem, Fahrenheit dodatkowo wielkością stopnia. We wzorach, w których temperatura występuje sama, a nie jako różnica, nadaje się wyłącznie skala bezwzględna
03 · Rzędy wielkości
od nanokelwina po jądro gwiazdyTopnienie lodu, 0 °C
04 · Przyrządy pomiarowe
Czym mierzy się stopnie Celsjusza
Słupek spirytusu albo galinstanu rośnie z temperaturą: skalę nanosi się według dwóch punktów odniesienia, a odstęp dzieli po równo. Rtęć wyparła ze sprzętu domowego konwencja z Minamaty, ale to właśnie termometry rtęciowe przez dwa wieki określały, co uważać za stopień.
Opór czystej platyny rośnie z temperaturą przewidywalnie i powtarzalnie, dlatego właśnie ten termometr służy za wzorcowy w zakresie od wodoru do srebra. Przemysłowy Pt100 daje przy zerze stopni dokładnie sto omów.
Złącze dwóch różnych drutów rodzi napięcie rzędu miliwoltów, zależne od różnicy temperatur złącza i przyrządu. Jest tania, mała i znosi tysiąc pięćset stopni, dlatego siedzi w piecach, turbinach i piekarnikach.
Odczytuje temperaturę z własnego promieniowania podczerwonego ciała, nie dotykając go. Wskazanie zależy od emisyjności powierzchni: błyszczący metal przyrząd zaniża, i to główne źródło błędów w termometrii bezdotykowej.
05 · Zasady zapisu
Spacja przed znakiem i żadnych „C°”
°C to symbol złożony: znak stopnia przylega do wielkiej łacińskiej litery C, a między liczbą a symbolem stawia się spację nierozdzielającą, jak przy każdej innej jednostce. Kelwin pisze się bez znaku stopnia w ogóle — odebrano mu go w 1967 roku.
Znak stopnia to osobny znak U+00B0, a nie zero w indeksie górnym ani litera „o”. Unicode ma też gotową ligaturę ℃ (U+2103), lecz normy zalecają wpisywać dwa znaki: ligatura źle wędruje między krojami pisma i psuje wyszukiwanie w tekście. Wartości ujemne pisze się ze znakiem minus U+2212, a nie z łącznikiem.
06 · Jednostki sąsiednie
Kelwin jest najstarszy w rodzinie: jednostka podstawowa SI, od której Celsjusz różni się tylko położeniem zera. Fahrenheit żyje własnym życiem w trzech krajach, Rankine to skala bezwzględna ze stopniem Fahrenheita.
ten sam stopień, o zero niżej
temperatura codzienna
USA, Bahamy, Belize
Spośród kart Simetrium do stopnia Celsjusza przylegają kelwin jako jednostka podstawowa temperatury, stopień Fahrenheita i stopień Rankine’a — para angloamerykańska, a także dżul, przez który temperatura wiąże się z energią ruchu cząstek.
07 · Dział historyczny
Skala, którą odwrócono po śmierci jej twórcy
Anders Celsjusz postawił zero przy wrzeniu wody, a sto przy topnieniu lodu: im zimniej, tym większa liczba. Logika była meteorologiczna — w Uppsali wartości ujemne prawie nigdy w ten sposób nie wychodziły.
Rok po śmierci Celsjusza skalę odwrócono do znanej nam postaci. Autorstwo przypisuje się Linneuszowi, który zamówił termometr do oranżerii, oraz Mårtenowi Strömerowi, następcy Celsjusza w obserwatorium; pewnych świadectw na rzecz żadnego z nich nie ma.
Do 1948 roku skalę nazywano stustopniową, centigrade, ale po francusku i hiszpańsku słowo to oznaczało setną część kąta prostego. Konferencja Generalna zamknęła dwuznaczność, nadając skali imię jej twórcy.
Najpierw skalę przedefiniowano przez punkt potrójny wody, potem MST-90 rozpisała praktyczne punkty od wodoru po miedź, a w 2019 roku kelwin utrwalono stałą Boltzmanna. Wrzenie wody przestało być definicją i stało się po prostu faktem.
Zero skali nie jest punktem topnienia
Po przedefiniowaniu przez kelwin zero stopni Celsjusza przestało być z definicji punktem topnienia lodu — teraz to po prostu 273,15 K. Przy ciśnieniu normalnym lód topnieje mniej więcej o dziesięciotysięczną część stopnia niżej, a różnica ta nie jest błędem pomiaru, lecz następstwem oderwania definicji od substancji. Woda w komórce punktu potrójnego musi mieć skład izotopowy wody oceanicznej: ciężkie izotopy wodoru i tlenu przesuwają punkt o ćwierć milikelwina, i norma opisuje ten skład osobno. Od 2019 roku nie ma i tego: kelwin zadano wartością liczbową stałej Boltzmanna, a komórki punktu potrójnego przeszły z definicji do rzędu wzorców roboczych, na równi z punktami krzepnięcia galu, indu i srebra.
Katalog · jednostki miary
Karta dla każdej wielkości
Siedem jednostek podstawowych SI, dwadzieścia dwie pochodne z własnymi nazwami oraz jednostki spoza układu, bez których nie obejdzie się ani technika, ani życie codzienne. Każda ma osobny arkusz: definicja, przeliczanie, przyrządy, zasady zapisu. W 14 językach.
Jednostki pochodne SI z własną nazwą
otwarta karta stopnia CelsjuszaJednostki podstawowe SI
terakotą — kelwin, z którego Celsjusz powstaje przez przesunięcieSkale temperatury wycofane z użycia
Język karty
14 języków. Symbol °C jest międzynarodowy, ale zwyczajowa skala codzienna już nie: w tłumaczeniach dla USA i Belize karta otwiera się przeliczeniem na Fahrenheita.