Độ Celsius
Đơn vị dẫn xuất SI · đại lượng: nhiệt độ
01 · Định nghĩa
Độ Celsius bằng kelvin: cùng một bước, chỉ dịch điểm không. Hiệu nhiệt độ trong cả hai thang cho ra cùng một số, còn bản thân các nhiệt độ thì lệch nhau đúng 273,15.
Trong lịch sử, thang này được định bởi hai điểm chuẩn: băng tan và nước sôi. Điểm dưới đứng vững — áp suất chỉ dịch nó vài phần nghìn độ. Điểm trên thì chẳng đứng vững chút nào: nước sôi ở một trăm độ chỉ tại mực nước biển, còn trên núi thì sớm hơn thấy rõ. Chính vì vậy định nghĩa hiện đại đã buông điểm sôi và chỉ để lại cho Celsius một chỗ neo duy nhất: nó được định nghĩa qua kelvin, còn kelvin, từ năm 2019, qua hằng số Boltzmann.
Đun từ hai mươi lên ba mươi độ Celsius chính là mười kelvin ấy, và trong kỹ thuật nhiệt người ta viết hiệu bằng kelvin bất kể bản thân nhiệt độ được cho theo thang nào. Sự khác biệt chỉ lộ ra ở nơi nhiệt độ đi vào công thức một mình chứ không phải dưới dạng hiệu: trong phương trình khí lý tưởng, trong bức xạ vật đen, trong hiệu suất chu trình Carnot. Đặt độ Celsius vào đó là lỗi thường gặp và cho câu trả lời vô lý, bởi tất cả những định luật ấy đều đếm từ không tuyệt đối.
02 · Quy đổi
Nhập một nhiệt độ, phiếu sẽ trải nó ra trên mọi thang
Nhiệt độ không quy đổi bằng một hệ số, mà bằng hệ số kèm một phép dịch: mỗi thang có điểm không riêng và độ lớn của một độ riêng. Vì thế trong không cặp nào số không chuyển thành số không — trừ kelvin và Rankine.
Thang Celsius và thang Fahrenheit cắt nhau đúng tại một điểm: âm bốn mươi mang cùng một nghĩa trong cả hai. Điều đó xuất phát từ chỗ một độ Fahrenheit bằng năm phần chín một độ Celsius, còn hai điểm không của hai thang thì cách nhau ba mươi hai vạch. Cặp kelvin — Rankine lại được dựng khác: chúng chung điểm không và chỉ khác nhau độ lớn của một độ, nên tỉ số của chúng là hằng số, bằng một phẩy tám.
| Thang | Tên | Giá trị | Gặp ở đâu |
|---|---|---|---|
| K | kelvin, đơn vị cơ bản của SI | 273,15 | vật lý, thiên văn, nhiệt độ màu |
| °C | độ Celsius | 0 | thời tiết, y học, kỹ thuật |
| °F | độ Fahrenheit | 32 | Hoa Kỳ, Bahamas, Belize, quần đảo Cayman |
| °Ra | độ Rankine | 491,67 | kỹ thuật nhiệt ở Hoa Kỳ |
| °Ré | độ Réaumur | 0 | Nga và Pháp thế kỷ 19, nghề làm phô mai |
| °De | độ Delisle | 150 | nước Nga thế kỷ 18, thang ngược lại |
| °N | độ Newton | 0 | lần thử đầu tiên về một thang, 1701 |
| K | kelvin | 273,15 | điểm mốc để so sánh |
Kelvin và Celsius chỉ khác nhau ở phép dịch, Fahrenheit còn khác cả độ lớn của một độ. Trong các công thức mà nhiệt độ đứng một mình chứ không phải dưới dạng hiệu, chỉ thang tuyệt đối mới dùng được
03 · Bậc độ lớn
từ nanokelvin đến lõi một ngôi saoSự tan của băng, 0 °C
04 · Dụng cụ đo
Người ta đo độ Celsius bằng gì
Cột rượu hay galinstan dâng lên theo nhiệt độ: thang được vạch theo hai điểm chuẩn rồi chia đều khoảng giữa. Thủy ngân đã bị Công ước Minamata đẩy khỏi đồ gia dụng, nhưng chính nhiệt kế thủy ngân đã suốt hai thế kỷ quy định thế nào là một độ.
Điện trở của bạch kim tinh khiết tăng theo nhiệt độ một cách dự đoán được và lặp lại được, vì thế chính nhiệt kế này làm chuẩn trong khoảng từ hydro đến bạc. Một Pt100 công nghiệp cho đúng một trăm ohm ở không độ.
Mối nối của hai sợi dây khác loại sinh ra hiệu điện thế cỡ milivôn, phụ thuộc vào chênh lệch nhiệt độ giữa mối nối và thiết bị. Nó rẻ, nhỏ và chịu được một nghìn năm trăm độ, nên có mặt trong lò, tuabin và lò nướng.
Nó đọc nhiệt độ từ chính bức xạ hồng ngoại của vật mà không chạm vào. Số đọc phụ thuộc độ phát xạ của bề mặt: kim loại bóng bị đo thấp hơn thực tế, và đó là nguồn sai số chính của phép đo nhiệt không tiếp xúc.
05 · Quy tắc viết
Một khoảng trắng trước ký hiệu, và không bao giờ «C°»
°C là ký hiệu ghép: dấu độ đứng sát chữ C hoa Latinh, còn giữa số và ký hiệu là một khoảng trắng không ngắt dòng, như ở mọi đơn vị khác. Kelvin được viết hoàn toàn không có dấu độ — người ta đã lấy nó đi vào năm 1967.
Dấu độ là một ký tự riêng, U+00B0, không phải số không viết cao cũng không phải chữ «o». Unicode còn có sẵn chữ ghép ℃ (U+2103), nhưng các tiêu chuẩn khuyên gõ hai ký tự: chữ ghép di chuyển kém giữa các phông và làm hỏng việc tìm kiếm trong văn bản. Giá trị âm được viết bằng dấu trừ U+2212, không phải bằng gạch nối.
06 · Các đơn vị lân cận
Kelvin là anh cả trong nhà: đơn vị cơ bản của SI mà độ Celsius chỉ khác ở chỗ đặt điểm không. Fahrenheit sống đời riêng của nó tại ba nước; Rankine là thang tuyệt đối dùng độ Fahrenheit.
cùng một độ, điểm không thấp hơn một bậc
nhiệt độ đời thường
Hoa Kỳ, Bahamas, Belize
Trong các phiếu của Simetrium liền kề với độ Celsius là kelvin với tư cách đơn vị cơ bản của nhiệt độ, độ Fahrenheit và độ Rankine — cặp Anh-Mỹ, và cả jun, qua đó nhiệt độ gắn với năng lượng chuyển động của các hạt.
07 · Phần lịch sử
Thang bị lật ngược sau khi tác giả qua đời
Anders Celsius đặt số không tại điểm nước sôi và một trăm tại điểm băng tan: càng lạnh thì số càng lớn. Lý lẽ ở đây là của khí tượng — tại Uppsala, làm như thế thì hầu như chẳng bao giờ xuất hiện giá trị âm.
Một năm sau khi Celsius mất, thang được lật về hình dạng ta quen biết. Công lao được gán cho Linné, người đặt làm một nhiệt kế cho nhà kính, và cho Mårten Strömer, người kế nhiệm Celsius ở đài thiên văn; không có bằng chứng chắc chắn cho bên nào.
Cho đến năm 1948, thang này được gọi là trăm độ, centigrade, nhưng trong tiếng Pháp và tiếng Tây Ban Nha từ ấy lại chỉ một phần trăm góc vuông. Hội nghị toàn thể đã khép sự lập lờ bằng cách đặt cho thang tên của tác giả.
Trước hết thang được định nghĩa lại qua điểm ba của nước, sau đó ITS-90 liệt kê các điểm chuẩn thực hành từ hydro đến đồng, và năm 2019 kelvin được neo vào hằng số Boltzmann. Sự sôi của nước thôi làm định nghĩa và chỉ còn là một sự kiện.
Điểm không của thang không phải điểm tan
Sau khi được định nghĩa lại qua kelvin, không độ Celsius theo định nghĩa không còn là điểm tan của băng — giờ nó đơn giản là 273,15 K. Ở áp suất thường, băng tan thấp hơn chừng một phần mười nghìn độ, và chênh lệch ấy không phải sai số đo mà là hệ quả của việc tách định nghĩa khỏi một chất. Nước trong ô điểm ba phải có thành phần đồng vị của nước đại dương: các đồng vị nặng của hydro và oxy dịch điểm ấy đi một phần tư milikelvin, và tiêu chuẩn quy định thành phần riêng. Từ năm 2019 ngay cả điều đó cũng không còn: kelvin được cho bằng một giá trị số của hằng số Boltzmann, còn các ô điểm ba đã đi từ định nghĩa sang hàng chuẩn làm việc, ngang với các điểm đông đặc của gali, indi và bạc.
Danh mục · đơn vị đo
Mỗi đại lượng một phiếu
Bảy đơn vị cơ bản của SI, hai mươi hai đơn vị dẫn xuất có tên riêng, và những đơn vị ngoài hệ mà cả kỹ thuật lẫn đời thường đều không thể thiếu. Mỗi đơn vị một tờ riêng: định nghĩa, quy đổi, dụng cụ, quy tắc viết. Bằng 31 ngôn ngữ.
Đơn vị dẫn xuất SI có tên riêng
phiếu của độ Celsius đang mởĐơn vị cơ bản của SI
màu đất nung — kelvin, từ đó Celsius có được bằng một phép dịchCác thang nhiệt độ đã ra khỏi sử dụng
Ngôn ngữ của phiếu
31 ngôn ngữ. Ký hiệu °C mang tính quốc tế, còn thang quen thuộc thường ngày thì không: trong các bản dịch cho Hoa Kỳ và Belize, phiếu mở đầu bằng phép quy đổi sang Fahrenheit.