Perusyksikkö: Kelvin (K) - Viitattu absoluuttiseen nollapisteeseen

Edut: termodynaamiset laskelmat, kvanttimekaniikka, tilastollinen fysiikka, suora suhteellisuus molekyylienergiaan

Käyttö: kaikki tieteellinen tutkimus, avaruustutkimus, kryogeniikka, suprajohtavuus, hiukkasfysiikka

• Kelvin (K) - Absoluuttinen asteikko

  Absoluuttinen asteikko alkaen 0 K; asteen koko vastaa Celsiusta. Käytetään kaasulaeissa, mustan kappaleen säteilyssä, kryogeniikassa ja termodynaamisissa yhtälöissä
• Celsius (°C) - Vesipohjainen asteikko

  Määritellään veden faasimuutosten kautta standardipaineessa (0°C jäätyminen, 100°C kiehuminen); asteen koko vastaa Kelviniä. Laajalti käytössä laboratorioissa, teollisuudessa ja jokapäiväisessä elämässä maailmanlaajuisesti
• Rankine (°R) - Absoluuttinen Fahrenheit

  Absoluuttinen vastine Fahrenheitille samalla asteen koolla; 0°R = absoluuttinen nollapiste. Yleinen Yhdysvaltain termodynamiikassa ja ilmailu- ja avaruustekniikassa

Perusyksikkö: Fahrenheit (°F) - Ihmisen mukavuusasteikko

Edut: ihmisen mittakaavan tarkkuus säälle, kehon lämpötilan seurantaan, mukavuuden hallintaan

Käyttö: Yhdysvallat, jotkut Karibian valtiot, sääraportointi, lääketieteelliset sovellukset

• Fahrenheit (°F) - Ihmisen mukavuusasteikko

  Ihmislähtöinen asteikko: vesi jäätyy 32°F:ssa ja kiehuu 212°F:ssa (1 atm). Yleinen Yhdysvalloissa sään, LVI-tekniikan, ruoanlaiton ja lääketieteen yhteyksissä
• Réaumur (°Ré) - Historiallinen eurooppalainen

  Historiallinen eurooppalainen asteikko, jossa 0°Ré on jäätymispiste ja 80°Ré on kiehumispiste. Viitataan edelleen vanhoissa resepteissä ja tietyillä teollisuudenaloilla
• Newton (°N) - Tieteellinen historiallinen

  Isaac Newtonin ehdottama (1701), jossa 0°N on jäätymispiste ja 33°N on kiehumispiste. Nykyään pääasiassa historiallista mielenkiintoa

Ennen lämpömittareita: Ihmiseen perustuvat menetelmät

• Käden kosketustesti: Muinaiset sepät arvioivat metallin lämpötilan kosketuksella – kriittistä aseiden ja työkalujen takomisessa
• Värintunnistus: Keramiikan poltto perustui liekin ja saven väreihin – punainen, oranssi, keltainen, valkoinen osoittivat kasvavaa kuumuutta
• Käyttäytymisen havainnointi: Eläinten käyttäytyminen muuttuu ympäristön lämpötilan mukaan – muuttokuviot, horrosvihjeet
• Kasvi-indikaattorit: Lehtien muutokset, kukkimiskuviot lämpötilan oppaina – fenologiaan perustuvat maatalouskalenterit
• Veden tilat: Jää, neste, höyry – varhaisimmat yleismaailmalliset lämpötilaviitteet kaikissa kulttuureissa

Ennen instrumentteja sivilisaatiot arvioivat lämpötilaa ihmisen aistien ja luonnon vihjeiden avulla – kosketustestit, liekin ja materiaalin väri, eläinten käyttäytyminen ja kasvien syklit – muodostaen varhaisen lämpötietämyksen empiirisen perustan.

Tieteellinen vallankumous: Lämpötilan kvantifiointi

• 1593: Galileon termoskooppi – Ensimmäinen lämpötilanmittauslaite, joka käytti ilman laajenemista vedellä täytetyssä putkessa
• 1654: Ferdinand II Toscanalainen – Ensimmäinen sinetöity neste-lasissa -lämpömittari (alkoholi)
• 1701: Isaac Newton – Ehdotti lämpötila-asteikkoa, jossa 0°N on jäätymispiste ja 33°N ruumiinlämpö
• 1714: Gabriel Fahrenheit – Elohopealämpömittari ja standardoitu asteikko (32°F jäätymispiste, 212°F kiehumispiste)
• 1730: René Réaumur – Alkoholilämpömittari, jossa 0°r jäätymispiste ja 80°r kiehumispiste
• 1742: Anders Celsius – Sata-asteinen asteikko, jossa 0°C jäätymispiste ja 100°C kiehumispiste (alun perin käänteinen!)
• 1743: Jean-Pierre Christin – Käänsi Celsius-asteikon nykymuotoonsa

Tieteellinen vallankumous muutti lämpötilan aistimuksesta mittaukseksi. Galileon termoskoopista Fahrenheitiin elohopealämpömittariin ja Celsiuksen sata-asteiseen asteikkoon, instrumentointi mahdollisti tarkan, toistettavan termometrian tieteessä ja teollisuudessa.

Fyysisistä standardeista perusvakioihin

• 1887: Kansainvälinen mittojen ja painojen toimisto – Ensimmäiset kansainväliset lämpötilastandardit
• 1927: Kansainvälinen lämpötila-asteikko (ITS-27) – Perustuu 6 kiintopisteeseen O₂:sta Au:hun
• 1948: Celsius korvaa virallisesti 'sata-asteisen' – 9. CGPM-päätöslauselma
• 1954: Veden kolmoispiste (273.16 K) – Määriteltiin Kelvinin perusviitteeksi
• 1967: Kelvin (K) otettiin käyttöön SI-perusyksikkönä – Korvaa 'aste Kelviniä' (°K)
• 1990: ITS-90 – Nykyinen kansainvälinen lämpötila-asteikko, jossa on 17 kiintopistettä
• 2019: SI-uudelleenmäärittely – Kelvin määritellään Boltzmannin vakion avulla (k_B = 1.380649×10⁻²³ J·K⁻¹)

Moderni termometria kehittyi fyysisistä esineistä perusfysiikkaan. Vuoden 2019 uudelleenmäärittely sitoi kelvinin Boltzmannin vakioon, mikä tekee lämpötilamittauksista toistettavia kaikkialla maailmankaikkeudessa ilman riippuvuutta aineellisista standardeista.

Kelvinin uudelleenmäärittely edustaa paradigman muutosta materiaalipohjaisesta mittauksesta fysiikkapohjaiseen mittaukseen.

• Yleismaailmallinen toistettavuus: mikä tahansa laboratorio, jolla on kvanttistandardit, voi toteuttaa kelvinin itsenäisesti
• Pitkän aikavälin vakaus: Boltzmannin vakio ei ajelehdi, hajoa tai vaadi varastointia
• Äärimmäiset lämpötilat: mahdollistaa tarkat mittaukset nanokelvinistä gigakelviniin
• Kvanttiteknologia: tukee kvanttilaskennan, kryogeniikan ja suprajohtavuuden tutkimusta
• Perusfysiikka: kaikki SI-perusyksiköt määritellään nyt luonnonvakioiden avulla

Nopeita arvioita jokapäiväiseen käyttöön:

• C F:ksi (karkeasti): Tuplaa se, lisää 30 (esim. 20°C → 40+30 = 70°F, todellinen: 68°F)
• F C:ksi (karkeasti): Vähennä 30, puolita se (esim. 70°F → 40÷2 = 20°C, todellinen: 21°C)
• C K:ksi: Lisää vain 273 (tai tarkasti 273.15 tarkkuuden vuoksi)
• K C:ksi: Vähennä 273 (tai tarkasti 273.15)
• F K:ksi: Lisää 460, kerro 5/9:llä (tai käytä tarkasti (F+459.67)×5/9)

Tarkkoja laskelmia varten:

• C F:ksi: F = (C × 9/5) + 32 tai F = (C × 1.8) + 32
• F C:ksi: C = (F - 32) × 5/9
• C K:ksi: K = C + 273.15
• K C:ksi: C = K - 273.15
• F K:ksi: K = (F + 459.67) × 5/9
• K F:ksi: F = (K × 9/5) - 459.67

Muista nämä ankkuripisteet:

• Absoluuttinen nollapiste: 0 K = -273.15°C = -459.67°F (alin mahdollinen lämpötila)
• Vesi jäätyy: 273.15 K = 0°C = 32°F (1 atm paine)
• Veden kolmoispiste: 273.16 K = 0.01°C (tarkka määrittelypiste)
• Huoneenlämpötila: ~293 K = 20°C = 68°F (mukava ympäristön lämpötila)
• Kehon lämpötila: 310.15 K = 37°C = 98.6°F (normaali ihmisen sisälämpötila)
• Vesi kiehuu: 373.15 K = 100°C = 212°F (1 atm, merenpinnan tasolla)
• Kohtalainen uuni: ~450 K = 180°C = 356°F (Kaasumerkki 4)

Δ (delta) -yksiköiden ymmärtäminen:

• 1°C:n muutos = 1 K:n muutos = 1.8°F:n muutos = 1.8°R:n muutos (suuruusluokka)
• Käytä Δ-etuliitettä eroille: Δ°C, Δ°F, ΔK (ei absoluuttisia lämpötiloja)
• Esimerkki: Jos lämpötila nousee 20°C:sta 25°C:seen, se on muutos Δ5°C = Δ9°F
• Älä koskaan laske yhteen/vähennä absoluuttisia lämpötiloja eri asteikoissa (20°C + 30°F ≠ 50 mitään!)
• Intervalleille Kelvin ja Celsius ovat identtisiä (1 K:n intervalli = 1°C:n intervalli)

• Kelvinillä EI ole astemerkkiä: Kirjoita 'K', ei '°K' (muutettu 1967)
• Älä sekoita absoluuttisia lämpötiloja ja eroja: 5°C ≠ Δ5°C kontekstissa
• Lämpötiloja ei voi suoraan lisätä/kertoa: 10°C × 2 ≠ 20°C:n vastaava lämpöenergia
• Rankine on absoluuttinen Fahrenheit: 0°R = absoluuttinen nollapiste, EI 0°F
• Negatiivinen kelvin on mahdoton: 0 K on absoluuttinen minimi (kvanttipoikkeuksia lukuun ottamatta)
• Kaasumerkki vaihtelee uunin mukaan: GM4 on ~180°C, mutta voi olla ±15°C merkistä riippuen
• Celsius ≠ historiallisesti sentigradi: Celsius-asteikko oli alun perin käänteinen (100° jäätymispiste, 0° kiehumispiste!)

• Sää: Muista avainkohdat (0°C=pakkasta, 20°C=mukava, 30°C=kuuma, 40°C=äärimmäinen)
• Ruoanlaitto: Lihan sisälämpötilat ovat kriittisiä turvallisuuden kannalta (165°F/74°C siipikarjalle)
• Tiede: Käytä aina Kelviniä termodynaamisissa laskelmissa (kaasulait, entropia)
• Matkustaminen: Yhdysvallat käyttää °F, suurin osa maailmasta käyttää °C - tunne karkea muunnos
• Kuume: Normaali kehonlämpö 37°C (98.6°F); kuume alkaa noin 38°C:sta (100.4°F)
• Korkeus: Vesi kiehuu matalammissa lämpötiloissa korkeuden kasvaessa (~95°C 2000 metrin korkeudessa)

• Metallinjalostus ja taonta

  Teräksen valmistus (∼1538°C), seosten hallinta ja lämpökäsittelykäyrät vaativat tarkkaa korkean lämpötilan mittausta laadun, mikrorakenteen ja turvallisuuden takaamiseksi
• Kemian- ja petrokemianteollisuus

  Krakkaus, reformointi, polymerointi ja tislauskolonnit tukeutuvat tarkkaan lämpötilaprofilointiin saannon, turvallisuuden ja tehokkuuden varmistamiseksi laajalla alueella
• Elektroniikka ja puolijohteet

  Uunikuumentaminen (1000°C+), pinnoitus-/etsausikkunat ja tiukka puhdastilakontrolli (±0.1°C) tukevat edistyneiden laitteiden suorituskykyä ja tuottoa

• Kehon lämpötilan seuranta

  Normaali sisälämpötila-alue 36.1–37.2°C; kuumerajat; hypotermian/hypertermian hallinta; jatkuva seuranta tehohoidossa ja kirurgiassa
• Lääkkeiden säilytys

  Rokotteiden kylmäketju (2–8°C), ultrakylmät pakastimet (jopa −80°C) ja lämpötilaherkkien lääkkeiden poikkeamien seuranta
• Lääketieteellisten laitteiden kalibrointi

  Sterilointi (autoklaavit 121°C:ssa), kryoterapia (−196°C nestemäinen typpi) ja diagnostisten ja terapeuttisten laitteiden kalibrointi

• Fysiikka ja materiaalitekniikka

  Suprajohtavuus lähellä 0 K, kryogeniikka, faasimuutokset, plasmafysiikka (megakelvinalue) ja tarkkuusmetrologia
• Kemiallinen tutkimus

  Reaktiokinetiikka ja -tasapaino, kiteytymisen hallinta ja terminen stabiilisuus synteesin ja analyysin aikana
• Avaruus ja ilmailu

  Lämpösuojausjärjestelmät, kryogeeniset polttoaineet (LH₂ -253°C:ssa), avaruusalusten lämpötasapaino ja planeettojen ilmakehien tutkimukset

• Tarkkuusleivonta ja konditoria

  Leivän kohotus (26–29°C), suklaan temperointi (31–32°C), sokerivaiheet ja uuniprofiilin hallinta johdonmukaisten tulosten saavuttamiseksi
• Lihan turvallisuus ja laatu

  Turvalliset sisälämpötilat (siipikarja 74°C, naudanliha 63°C), jälkikypsennys, sous-vide-taulukot ja HACCP-vaatimustenmukaisuus
• Elintarvikkeiden säilöntä ja turvallisuus

  Elintarvikkeiden vaara-alue (4–60°C), nopea jäähdytys, kylmäketjun eheys ja patogeenien kasvun hallinta

Käytä °F = (°C × 9/5) + 32. Esimerkki: 25°C → 77°F

Käytä °C = (°F − 32) × 5/9. Esimerkki: 100°F → 37.8°C

Käytä K = °C + 273.15. Esimerkki: 27°C → 300.15 K

Käytä K = (°F + 459.67) × 5/9. Esimerkki: 68°F → 293.15 K

°C ilmaisee absoluuttisen lämpötilan; Δ°C ilmaisee lämpötilaeron (intervallin). 1 Δ°C on yhtä suuri kuin 1 K

Absoluuttinen asteikko, joka käyttää Fahrenheit-asteita: 0°R = absoluuttinen nollapiste; °R = K × 9/5

273.16 K, jossa veden kiinteä, nestemäinen ja kaasumainen faasi ovat olemassa rinnakkain; käytetään termodynaamisena viitteenä

1 eV vastaa 11604.51812 K Boltzmannin vakion (k_B) kautta. Käytetään plasmoille ja korkean energian yhteyksissä

Noin 1.4168×10^32 K, teoreettinen yläraja, jossa tunnettu fysiikka hajoaa

Huoneen ~22°C (295 K); ihmiskehon ~37°C (310 K)

Kelvin on absoluuttinen termodynaaminen yksikkö, joka on määritelty fysikaalisen vakion (k_B) avulla, ei mielivaltaisen asteikon, joten se käyttää K:ta (ei °K).

Absoluuttinen lämpötila kelvineissä ei voi olla negatiivinen; tietyt järjestelmät kuitenkin osoittavat 'negatiivista lämpötilaa' populaatioinversion mielessä — ne ovat kuumempia kuin mikään positiivinen K.