Põhiühik: Kelvin (K) - viidatud absoluutsele nullile

Eelised: termodünaamilised arvutused, kvantmehaanika, statistiline füüsika, otsene proportsionaalsus molekulaarse energiaga

Kasutus: kõik teadusuuringud, kosmoseuuringud, krüogeenika, ülijuhtivus, osakestefüüsika

• Kelvin (K) - absoluutne skaala

  Absoluutne skaala, mis algab 0 K juurest; kraadi suurus on võrdne Celsiusega. Kasutatakse gaaside seadustes, musta keha kiirguses, krüogeenikas ja termodünaamilistes võrrandites
• Celsius (°C) - veepõhine skaala

  Määratletud vee faasisiirete kaudu standardrõhul (0°C külmumine, 100°C keemine); kraadi suurus on võrdne kelviniga. Laialdaselt kasutusel laborites, tööstuses ja igapäevaelus üle maailma
• Rankine (°R) - absoluutne Fahrenheit

  Fahrenheiti absoluutne vaste sama kraadisuurusega; 0°R = absoluutne null. Levinud USA termodünaamikas ja kosmosetehnikas

Põhiühik: Fahrenheit (°F) - inimkeskne mugavusskaala

Eelised: inimkeskne täpsus ilmastiku, kehatemperatuuri jälgimise ja mugavuse kontrollimiseks

Kasutus: Ameerika Ühendriigid, mõned Kariibi mere riigid, ilmateated, meditsiinilised rakendused

• Fahrenheit (°F) - inimkeskne mugavusskaala

  Inimkeskne skaala: vesi külmub 32°F juures ja keeb 212°F juures (1 atm). Levinud USA ilmastiku, HVAC-süsteemide, toiduvalmistamise ja meditsiini kontekstis
• Réaumur (°Ré) - ajalooline Euroopa

  Ajalooline Euroopa skaala, kus 0°Ré on külmumis- ja 80°Ré keemispunkt. Siiani viidatakse vanades retseptides ja teatud tööstusharudes
• Newton (°N) - teaduslik ajalooline

  Isaac Newtoni (1701) poolt välja pakutud, kus 0°N on külmumis- ja 33°N keemispunkt. Tänapäeval peamiselt ajaloolise huviga

Enne termomeetreid: inimkesksed meetodid

• Käepuudutuse test: Iidsed sepad hindasid metalli temperatuuri puudutusega – kriitiline relvade ja tööriistade sepistamisel
• Värvituvastus: Keraamika põletamine põhines leegi ja savi värvidel – punane, oranž, kollane, valge näitasid kasvavat kuumust
• Käitumuslik vaatlus: Loomade käitumine muutub vastavalt keskkonna temperatuurile – rändemustrid, talveune vihjed
• Taimeindikaatorid: Lehtede muutused, õitsemismustrid kui temperatuurijuhised – fenoloogial põhinevad põllumajanduskalendrid
• Vee olekud: Jää, vedelik, aur – varaseimad universaalsed temperatuuriviited kõigis kultuurides

Enne instrumente hindasid tsivilisatsioonid temperatuuri inimmeelte ja looduslike märkide abil – taktiilsed testid, leegi ja materjali värv, loomade käitumine ja taimede tsüklid –, mis moodustasid varajaste termiliste teadmiste empiirilise aluse.

Teadusrevolutsioon: temperatuuri kvantifitseerimine

• 1593: Galileo termoskoop – esimene temperatuuri mõõtmise seade, mis kasutas õhu paisumist veega täidetud torus
• 1654: Toscana Ferdinand II – esimene suletud vedelik-klaasis termomeeter (alkohol)
• 1701: Isaac Newton – pakkus välja temperatuuriskaala, kus 0°N on külmumis- ja 33°N kehatemperatuur
• 1714: Gabriel Fahrenheit – elavhõbedatermomeeter ja standardiseeritud skaala (32°F külmumis-, 212°F keemispunkt)
• 1730: René Réaumur – alkoholitermomeeter skaalaga 0°r külmumis-, 80°r keemispunkt
• 1742: Anders Celsius – sajajärguline skaala 0°C külmumis-, 100°C keemispunktiga (algselt pööratud!)
• 1743: Jean-Pierre Christin – pööras Celsiuse skaala tänapäevasele kujule

Teadusrevolutsioon muutis temperatuuri aistingust mõõtmiseks. Galileo termoskoobist Fahrenheiti elavhõbedatermomeetri ja Celsiuse sajajärgulise skaalani võimaldasid instrumendid täpset ja korratavat termomeetriat nii teaduses kui ka tööstuses.

Füüsilistest standarditest fundamentaalsete konstantideni

• 1887: Rahvusvaheline Kaalude ja Mõõtude Büroo – esimesed rahvusvahelised temperatuuristandardid
• 1927: Rahvusvaheline temperatuuriskaala (ITS-27) – põhineb 6 fikseeritud punktil O₂-st Au-ni
• 1948: Celsius asendab ametlikult „sajajärgulise“ – 9. CGPMi resolutsioon
• 1954: Vee kolmikpunkt (273.16 K) – määratletud kui Kelvini fundamentaalne referents
• 1967: Kelvin (K) võeti kasutusele SI-süsteemi põhiühikuna – asendab „kraad Kelvinit“ (°K)
• 1990: ITS-90 – praegune rahvusvaheline temperatuuriskaala 17 fikseeritud punktiga
• 2019: SI uuestimääratlemine – Kelvin on määratletud Boltzmanni konstandiga (k_B = 1.380649×10⁻²³ J·K⁻¹)

Kaasaegne termomeetria arenes füüsilistest artefaktidest fundamentaalse füüsikani. 2019. aasta uuestimääratlemine sidus kelvini Boltzmanni konstandiga, muutes temperatuurimõõtmised reprodutseeritavaks kõikjal universumis, ilma et peaks tuginema materiaalsetele standarditele.

Kelvini uuestimääratlemine kujutab endast paradigmanihket materjalipõhiselt mõõtmiselt füüsikapõhisele mõõtmisele.

• Universaalne reprodutseeritavus: iga kvantstandarditega labor võib kelvinit iseseisvalt realiseerida
• Pikaajaline stabiilsus: Boltzmanni konstant ei triivi, ei lagune ega vaja säilitamist
• Äärmuslikud temperatuurid: võimaldab täpseid mõõtmisi nanokelvinist gigakelvinini
• Kvanttehnoloogia: toetab kvantarvutite, krüogeenika ja ülijuhtivuse alaseid uuringuid
• Fundamentaalne füüsika: kõik SI-süsteemi põhiühikud on nüüd määratletud looduskonstantidega

Kiired ligikaudsed teisendused igapäevaseks kasutamiseks:

• C-st F-i (umbes): korruta kahega, liida 30 (nt 20°C → 40+30 = 70°F, tegelik: 68°F)
• F-st C-sse (umbes): lahuta 30, jaga pooleks (nt 70°F → 40÷2 = 20°C, tegelik: 21°C)
• C-st K-sse: lihtsalt liida 273 (või täpsuse huvides 273.15)
• K-st C-sse: lahuta 273 (või täpselt 273.15)
• F-st K-sse: liida 460, korruta 5/9-ga (või kasuta täpselt (F+459.67)×5/9)

Täpsete arvutuste jaoks:

• C-st F-i: F = (C × 9/5) + 32 või F = (C × 1.8) + 32
• F-st C-sse: C = (F - 32) × 5/9
• C-st K-sse: K = C + 273.15
• K-st C-sse: C = K - 273.15
• F-st K-sse: K = (F + 459.67) × 5/9
• K-st F-i: F = (K × 9/5) - 459.67

Jätke need ankurpunktid meelde:

• Absoluutne null: 0 K = -273.15°C = -459.67°F (madalaim võimalik temperatuur)
• Vesi külmub: 273.15 K = 0°C = 32°F (1 atm rõhk)
• Vee kolmikpunkt: 273.16 K = 0.01°C (täpne määratluspunkt)
• Toatemperatuur: ~293 K = 20°C = 68°F (mugav ümbritsev temperatuur)
• Kehatemperatuur: 310.15 K = 37°C = 98.6°F (normaalne inimese sisetemperatuur)
• Vesi keeb: 373.15 K = 100°C = 212°F (1 atm, merepinnal)
• Mõõdukas ahi: ~450 K = 180°C = 356°F (Gaasimärk 4)

Δ (delta) ühikute mõistmine:

• 1°C muutus = 1 K muutus = 1.8°F muutus = 1.8°R muutus (suurusjärk)
• Kasutage erinevuste jaoks eesliidet Δ: Δ°C, Δ°F, ΔK (mitte absoluutsed temperatuurid)
• Näide: kui temperatuur tõuseb 20°C-lt 25°C-le, on see muutus Δ5°C = Δ9°F
• Ärge kunagi liitke/lahutage absoluutseid temperatuure erinevates skaalades (20°C + 30°F ≠ 50 midagi!)
• Intervallide puhul on kelvin ja celsius identsed (1 K intervall = 1°C intervall)

• Kelvinil EI OLE kraadisümbolit: kirjutage „K“, mitte „°K“ (muudetud 1967)
• Ärge ajage segi absoluutseid temperatuure ja erinevusi: 5°C ≠ Δ5°C kontekstis
• Temperatuure ei saa otse liita/korrutada: 10°C × 2 ≠ 20°C ekvivalentne soojusenergia
• Rankine on absoluutne Fahrenheit: 0°R = absoluutne null, MITTE 0°F
• Negatiivne kelvin on võimatu: 0 K on absoluutne miinimum (kvant-erandite kõrval)
• Gaasimärk varieerub ahjude lõikes: GM4 on ~180°C, kuid võib olenevalt brändist olla ±15°C
• Ajalooliselt Celsius ≠ sajajärguline: Celsiuse skaala oli algselt pööratud (100° külmumis-, 0° keemispunkt!)

• Ilm: jätke meelde põhipunktid (0°C=külmumine, 20°C=mõnus, 30°C=kuum, 40°C=äärmuslik)
• Toiduvalmistamine: liha sisetemperatuurid on ohutuse seisukohalt kriitilised (165°F/74°C linnuliha puhul)
• Teadus: kasutage alati kelvinit termodünaamiliste arvutuste jaoks (gaaside seadused, entroopia)
• Reisimine: USA kasutab °F, enamik maailmast kasutab °C – teadke ligikaudset teisendust
• Palavik: normaalne kehatemperatuur on 37°C (98.6°F); palavik algab umbes 38°C (100.4°F) juurest
• Kõrgus: vesi keeb madalamatel temperatuuridel kõrguse kasvades (~95°C 2000 m kõrgusel)

• Metallitöötlemine ja sepistamine

  Terasetootmine (∼1538°C), sulamikontroll ja kuumtöötluskõverad nõuavad täpset kõrge temperatuuri mõõtmist kvaliteedi, mikrostruktuuri ja ohutuse tagamiseks
• Keemia ja naftakeemia

  Krakkimine, reformimine, polümerisatsioon ja destillatsioonikolonnid tuginevad täpsele temperatuuriprofiilile saagise, ohutuse ja tõhususe tagamiseks laias vahemikus
• Elektroonika ja pooljuhid

  Ahjus lõõmutamine (1000°C+), sadestamise/söövitamise aknad ja range puhta ruumi kontroll (±0.1°C) toetavad täiustatud seadmete jõudlust ja saagist

• Kehatemperatuuri jälgimine

  Normaalne sisetemperatuuri vahemik 36.1–37.2°C; palaviku piirid; hüpotermia/hüpertermia juhtimine; pidev jälgimine intensiivravis ja kirurgias
• Ravimite säilitamine

  Vaktsiinide külmahela (2–8°C), ülikülmade sügavkülmikute (kuni −80°C) ja temperatuuritundlike ravimite ekskursioonide jälgimine
• Meditsiiniseadmete kalibreerimine

  Steriliseerimine (autoklaavid 121°C juures), krüoteraapia (−196°C vedel lämmastik) ning diagnostiliste ja terapeutiliste seadmete kalibreerimine

• Füüsika ja materjaliteadus

  Ülijuhtivus 0 K lähedal, krüogeenika, faasisiirded, plasmafüüsika (megakelvini vahemik) ja täppismetroloogia
• Keemiauuringud

  Reaktsioonikineetika ja tasakaal, kristalliseerumise kontroll ja termiline stabiilsus sünteesi ja analüüsi käigus
• Kosmos ja lennundus

  Termokaitsesüsteemid, krüogeensed raketikütused (LH₂ temperatuuril −253°C), kosmoselaevade termiline tasakaal ja planeetide atmosfääride uuringud

• Täppisküpsetamine ja kondiitritooted

  Leiva kergitamine (26–29°C), šokolaadi tempereerimine (31–32°C), suhkruetapid ja ahjuprofiili haldamine ühtlaste tulemuste saavutamiseks
• Liha ohutus ja kvaliteet

  Ohutud sisetemperatuurid (linnuliha 74°C, veiseliha 63°C), järelküpsemine, sous-vide tabelid ja HACCP vastavus
• Toidu säilitamine ja ohutus

  Toidu ohtlik tsoon (4–60°C), kiire jahutamine, külmahela terviklikkus ja patogeenide kasvu kontroll

Kasutage valemit °F = (°C × 9/5) + 32. Näide: 25°C → 77°F

Kasutage valemit °C = (°F − 32) × 5/9. Näide: 100°F → 37.8°C

Kasutage valemit K = °C + 273.15. Näide: 27°C → 300.15 K

Kasutage valemit K = (°F + 459.67) × 5/9. Näide: 68°F → 293.15 K

°C väljendab absoluutset temperatuuri; Δ°C väljendab temperatuurierinevust (intervalli). 1 Δ°C on võrdne 1 K-ga

Absoluutne skaala, mis kasutab Fahrenheiti kraade: 0°R = absoluutne null; °R = K × 9/5

273.16 K, kus vee tahke, vedel ja gaasiline faas eksisteerivad koos; kasutatakse termodünaamilise referentsina

1 eV vastab Boltzmanni konstandi (k_B) kaudu 11604.51812 K-le. Kasutatakse plasmade ja kõrge energiaga kontekstides

Umbes 1.4168×10^32 K, teoreetiline ülempiir, kus tuntud füüsika laguneb

Tuba ~22°C (295 K); inimkeha ~37°C (310 K)

Kelvin on absoluutne termodünaamiline ühik, mis on defineeritud füüsikalise konstandi (k_B) kaudu, mitte suvalise skaalaga, seega kasutab see K (mitte °K).

Absoluutne temperatuur kelvinites ei saa olla negatiivne; siiski, teatud süsteemid näitavad „negatiivset temperatuuri“ populatsiooniinversiooni tähenduses — nad on kuumemad kui mis tahes positiivne K.