摄氏度
SI 导出单位 · 量:温度
01 · 定义
摄氏度等于开尔文:步长相同,零点移位。温度之差在两种标度里是同一个数,而温度本身恰好相差 273.15。
历史上这条标度由两个定点确定:冰的融化和水的沸腾。下面那个稳得住——压力只让它移动千分之几度。上面那个则完全稳不住:水在一百度沸腾,只发生在海平面,山上则明显更早。正因如此,现代定义放弃了沸点,只给摄氏度留下唯一一处系缆:它由开尔文定义,而开尔文自 2019 年起由玻尔兹曼常数定义。
从二十度加热到三十摄氏度,就是同样的十开尔文;在热工计算中,无论温度本身用哪种标度给出,差值一律写成开尔文。区别只出现在温度单独进入公式的地方:理想气体状态方程、黑体辐射、卡诺循环的效率。在那里代入摄氏度是常见的错误,会得出荒唐的答案,因为这些定律都从绝对零度起算。
02 · 换算
输入一个温度,档案会把它铺展到各条标度上
温度不是用一个系数换算,而是用系数加平移:每条标度都有自己的零点和自己的度的大小。所以除开尔文与兰金之外,任何一对标度的零都不会落到零上。
摄氏与华氏两条标度恰好相交于一点:零下四十在两者中意思相同。这源于华氏度只有摄氏度的九分之五,而两条标度的零点相隔三十二格。开尔文与兰金这一对则另有构造:零点共用,度的大小不同,因此二者之比恒定,等于一点八。
| 标度 | 名称 | 数值 | 常见之处 |
|---|---|---|---|
| K | 开尔文,SI 基本单位 | 273.15 | 物理、天文、色温 |
| °C | 摄氏度 | 0 | 天气、医学、工程 |
| °F | 华氏度 | 32 | 美国、巴哈马、伯利兹、开曼群岛 |
| °Ra | 兰金度 | 491.67 | 美国的热工 |
| °Ré | 列氏度 | 0 | 十九世纪的俄国与法国,制酪 |
| °De | 德利尔度 | 150 | 十八世纪的俄国,标度反着来 |
| °N | 牛顿度 | 0 | 标度的第一次尝试,1701 |
| K | 开尔文 | 273.15 | 用于比较的参照点 |
开尔文与摄氏只差一个平移,华氏还差在度的大小上。在温度单独出现而非以差值出现的公式里,只有绝对标度才合用
03 · 数量级
从纳开尔文到恒星内核冰的融化,0 °C
04 · 测量仪器
用什么测量摄氏度
酒精或镓铟锡合金的液柱随温度上升:刻度按两个定点标出,中间等分。《水俣公约》把水银逐出了家用器具,然而正是水银温度计在两个世纪里规定了什么算作一度。
纯铂的电阻随温度上升,既可预测又可重复,所以正是这种温度计在从氢到银的区间充当基准。工业用 Pt100 在零度时恰好给出一百欧姆。
两根不同金属丝的结点产生毫伏级电压,其大小取决于结点与仪表之间的温差。它便宜、小巧,能耐一千五百度,所以装在炉子、涡轮和烤箱里。
它不接触物体,只凭物体自身的红外辐射读出温度。读数取决于表面的发射率:光亮的金属会被读低,这是非接触测温最主要的误差来源。
05 · 书写规则
符号前留空格,绝不写作「C°」
°C 是组合符号:度符号紧贴拉丁大写 C,而数字与符号之间要加不断行空格,与任何其他单位一样。开尔文完全不写度符号——1967 年把这个前缀从它身上取走了。
度符号是独立字符 U+00B0,既不是上标零,也不是字母「o」。Unicode 里还有现成的合体字 ℃(U+2103),但标准建议敲两个字符:合体字在字体之间迁移不良,还会破坏文本检索。负值用减号 U+2212 书写,不用连字符。
06 · 相邻单位
开尔文是这一家中的长者:SI 基本单位,摄氏度与它的差别只在零点的位置。华氏度在三个国家过着自己的日子;兰金则是采用华氏度的绝对标度。
在 Simetrium 的档案中 与摄氏度相邻的有 开尔文 作为温度的基本单位, 华氏度 和 兰金度 ——英美一对,还有 焦耳,温度正是通过它与粒子运动的能量相联系。
07 · 历史部分
在作者身后被倒过来的标度
安德斯·摄尔修斯把零放在水的沸腾处,把一百放在冰的融化处:越冷数字越大。其逻辑是气象学的——在乌普萨拉,这样几乎从不会出现负值。
摄尔修斯去世一年后,标度被倒成我们熟悉的样子。此举被归于为温室订制温度计的林奈,也被归于摄尔修斯在天文台的继任者莫滕·斯特勒默;两人都没有可靠的证据。
1948 年以前这条标度叫百分度,centigrade,但在法语和西班牙语里这个词指直角的百分之一。国际计量大会把作者的名字给了这条标度,从而了结了歧义。
起初标度改用水的三相点重新定义,随后 ITS-90 列出了从氢到铜的实用定点,2019 年开尔文被玻尔兹曼常数固定下来。水的沸腾不再是定义,只剩下一个事实。
标度的零点并不是融点
经开尔文重新定义之后,零摄氏度按定义已不再是冰的融点——如今它就是 273.15 K。常压下冰的融化大约低万分之一度,而这个差别不是测量误差,而是把定义与某种物质脱钩的结果。三相点容器里的水必须具有海水的同位素组成:氢和氧的重同位素会把这一点移动四分之一毫开尔文,标准另行规定了组成。2019 年以后连这一条也没有了:开尔文由玻尔兹曼常数的数值给定,三相点容器则从定义降为工作基准,与镓、铟、银的凝固点并列。
目录 · 计量单位
每个量都有一份档案
七个国际单位制基本单位、二十二个有专名的导出单位,以及工程和日常都离不开的非国际制单位。每个单位一页:定义、换算、仪器、书写规则。共 31 种语言。
有专名的 SI 导出单位
摄氏度档案已打开SI 基本单位
赭色者为开尔文,摄氏度由它平移而来已经停用的温标
档案语言
31 种语言。符号 °C 是国际通用的,日常习惯的标度却不是:在面向美国和伯利兹的译本里,档案以换算成华氏度开篇。