Alapegység: Kelvin (K) - Az abszolút nullához viszonyítva

Előnyök: termodinamikai számítások, kvantummechanika, statisztikus fizika, közvetlen arányosság a molekuláris energiával

Felhasználás: minden tudományos kutatás, űrkutatás, kriogenika, szupravezetés, részecskefizika

• Kelvin (K) - Abszolút skála

  Abszolút skála, amely 0 K-ről indul; a fok mérete megegyezik a Celsius-fokkal. Gáztörvényekben, feketetest-sugárzásban, kriogenikában és termodinamikai egyenletekben használják
• Celsius (°C) - Vízalapú skála

  A víz fázisátalakulásai alapján definiálva normál nyomáson (0°C fagyás, 100°C forrás); a fok mérete megegyezik a Kelvinnel. Széles körben használják laboratóriumokban, iparban és a mindennapi életben világszerte
• Rankine (°R) - Abszolút Fahrenheit

  A Fahrenheit abszolút megfelelője, azonos fokmérettel; 0°R = abszolút nulla. Gyakori az amerikai termodinamikában és űrhajózási mérnöki tudományokban

Alapegység: Fahrenheit (°F) - Emberi komfortskála

Előnyök: emberi léptékű pontosság az időjáráshoz, a testhőmérséklet ellenőrzéséhez, a komfortszabályozáshoz

Felhasználás: Egyesült Államok, néhány karibi nemzet, időjárás-jelentés, orvosi alkalmazások

• Fahrenheit (°F) - Emberi komfortskála

  Emberközpontú skála: a víz 32°F-on fagy meg és 212°F-on forr (1 atm). Gyakori az USA-ban az időjárás, a HVAC, a főzés és az orvosi kontextusokban
• Réaumur (°Ré) - Történelmi európai

  Történelmi európai skála, ahol 0°Ré a fagyáspont és 80°Ré a forráspont. Még mindig hivatkoznak rá régi receptekben és bizonyos iparágakban
• Newton (°N) - Tudományos történelmi

  Isaac Newton javasolta (1701), 0°N a fagyáspont és 33°N a forráspont. Ma elsősorban történelmi érdekességű

Hőmérők előtt: Emberközpontú módszerek

• Kézi érintéses próba: Az ókori kovácsok érintéssel mérték a fém hőmérsékletét – kritikus a fegyverek és szerszámok kovácsolásához
• Színfelismerés: A kerámia égetése a láng és az agyag színén alapult – a vörös, narancs, sárga, fehér növekvő hőt jelzett
• Viselkedési megfigyelés: Az állatok viselkedése a környezeti hőmérséklettel változik – vándorlási minták, hibernációs jelek
• Növényi mutatók: Levélváltozások, virágzási minták hőmérséklet-útmutatóként – fenológián alapuló mezőgazdasági naptárak
• Vízállapotok: Jég, folyadék, gőz – a legkorábbi univerzális hőmérsékleti referenciák minden kultúrában

A műszerek előtt a civilizációk az emberi érzékek és a természetes jelek – tapintási tesztek, a láng és az anyagok színe, az állatok viselkedése és a növényi ciklusok – segítségével becsülték meg a hőmérsékletet, megalapozva ezzel a korai termikus tudás empirikus alapjait.

Tudományos forradalom: A hőmérséklet számszerűsítése

• 1593: Galileo hőmérője – Az első hőmérsékletmérő eszköz, amely a levegő tágulását használja egy vízzel töltött csőben
• 1654: II. Ferdinánd toszkánai nagyherceg – Az első lezárt folyadékos üveghőmérő (alkohol)
• 1701: Isaac Newton – Hőmérsékleti skálát javasolt 0°N fagyásponttal és 33°N testhőmérséklettel
• 1714: Gabriel Fahrenheit – Higanyhőmérő és szabványosított skála (32°F fagyáspont, 212°F forráspont)
• 1730: René Réaumur – Alkoholos hőmérő 0°r fagyásponttal és 80°r forrásponttal
• 1742: Anders Celsius – Centigrád skála 0°C fagyásponttal és 100°C forrásponttal (eredetileg fordítva!)
• 1743: Jean-Pierre Christin – Megfordította a Celsius-skálát a modern formájára

A tudományos forradalom a hőmérsékletet érzékelésből méréssé alakította át. Galileo hőmérőjétől Fahrenheit higanyhőmérőjéig és Celsius centigrád skálájáig a műszerek lehetővé tették a pontos, megismételhető hőmérsékletmérést a tudományban és az iparban.

Fizikai szabványoktól az alapvető állandókig

• 1887: Nemzetközi Súly- és Mértékügyi Hivatal – Első nemzetközi hőmérsékleti szabványok
• 1927: Nemzetközi Hőmérsékleti Skála (ITS-27) – 6 fix ponton alapul O₂-től Au-ig
• 1948: A Celsius hivatalosan felváltja a „centigrádot” – a 9. CGPM-határozat
• 1954: A víz hármaspontja (273.16 K) – A Kelvin alapvető referenciájaként definiálva
• 1967: A Kelvin (K) SI alapegységként elfogadva – felváltja a „Kelvin-fokot” (°K)
• 1990: ITS-90 – Jelenlegi nemzetközi hőmérsékleti skála 17 fix ponttal
• 2019: Az SI újradefiniálása – A Kelvin a Boltzmann-állandóval van definiálva (k_B = 1.380649×10⁻²³ J·K⁻¹)

A modern hőmérsékletmérés a fizikai tárgyaktól az alapvető fizikáig fejlődött. A 2019-es újradefiniálás a Kelvint a Boltzmann-állandóhoz kötötte, így a hőmérsékletmérések bárhol reprodukálhatók az univerzumban anélkül, hogy anyagi szabványokra támaszkodnának.

A Kelvin újradefiniálása paradigmaváltást jelent az anyag alapú mérésről a fizika alapú mérésre.

• Univerzális reprodukálhatóság: Bármely laboratórium kvantumstandardokkal önállóan megvalósíthatja a Kelvint
• Hosszú távú stabilitás: A Boltzmann-állandó nem sodródik, nem bomlik le, és nem igényel tárolást
• Extrém hőmérsékletek: Pontos méréseket tesz lehetővé a nanokelvintől a gigakelvinig
• Kvantumtechnológia: Támogatja a kvantumszámítástechnika, a kriogenika és a szupravezetés kutatását
• Alapvető fizika: Az összes SI alapegységet most a természet állandói határozzák meg

Gyors közelítések mindennapi használatra:

• C-ből F-be (durván): Duplázza meg, adjon hozzá 30-at (pl. 20°C → 40+30 = 70°F, tényleges: 68°F)
• F-ből C-be (durván): Vonjon le 30-at, felezze meg (pl. 70°F → 40÷2 = 20°C, tényleges: 21°C)
• C-ből K-be: Csak adjon hozzá 273-at (vagy pontosan 273.15-öt a pontosság érdekében)
• K-ből C-be: Vonjon le 273-at (vagy pontosan 273.15-öt)
• F-ből K-be: Adjon hozzá 460-at, szorozza meg 5/9-del (vagy használja pontosan a (F+459.67)×5/9-et)

Pontos számításokhoz:

• C-ből F-be: F = (C × 9/5) + 32 vagy F = (C × 1.8) + 32
• F-ből C-be: C = (F - 32) × 5/9
• C-ből K-be: K = C + 273.15
• K-ből C-be: C = K - 273.15
• F-ből K-be: K = (F + 459.67) × 5/9
• K-ből F-be: F = (K × 9/5) - 459.67

Jegyezze meg ezeket a horgonypontokat:

• Abszolút nulla: 0 K = -273.15°C = -459.67°F (a lehető legalacsonyabb hőmérséklet)
• Víz fagy: 273.15 K = 0°C = 32°F (1 atm nyomás)
• Víz hármaspontja: 273.16 K = 0.01°C (pontos definíciós pont)
• Szobahőmérséklet: ~293 K = 20°C = 68°F (kellemes környezeti hőmérséklet)
• Testhőmérséklet: 310.15 K = 37°C = 98.6°F (normál emberi maghőmérséklet)
• Víz forr: 373.15 K = 100°C = 212°F (1 atm, tengerszinten)
• Mérsékelt sütő: ~450 K = 180°C = 356°F (Gázjelzés 4)

A Δ (delta) egységek megértése:

• 1°C változás = 1 K változás = 1.8°F változás = 1.8°R változás (nagyság)
• Használja a Δ előtagot a különbségekhez: Δ°C, Δ°F, ΔK (nem abszolút hőmérsékletek)
• Példa: Ha a hőmérséklet 20°C-ról 25°C-ra emelkedik, az egy Δ5°C = Δ9°F változás
• Soha ne adjon össze/vonjon ki abszolút hőmérsékleteket különböző skálákon (20°C + 30°F ≠ 50 semmi!)
• Intervallumok esetén a Kelvin és a Celsius azonos (1 K intervallum = 1°C intervallum)

• A Kelvinnek NINCS fokjele: Írja be, hogy „K”, ne „°K” (1967-ben megváltozott)
• Ne keverje össze az abszolút hőmérsékleteket a különbségekkel: 5°C ≠ Δ5°C kontextusban
• A hőmérsékleteket nem lehet közvetlenül összeadni/szorozni: 10°C × 2 ≠ 20°C egyenértékű hőenergia
• A Rankine abszolút Fahrenheit: 0°R = abszolút nulla, NEM 0°F
• A negatív Kelvin lehetetlen: 0 K az abszolút minimum (kvantumkivételektől eltekintve)
• A gázjelzés sütőnként változik: a GM4 ~180°C, de a márkától függően ±15°C is lehet
• A Celsius történelmileg ≠ centigrád: a Celsius-skála eredetileg fordított volt (100° fagyás, 0° forrás!)

• Időjárás: Jegyezze meg a kulcsfontosságú pontokat (0°C=fagy, 20°C=kellemes, 30°C=forró, 40°C=extrém)
• Főzés: A hús belső hőmérséklete kritikus a biztonság szempontjából (165°F/74°C baromfi esetében)
• Tudomány: Mindig használjon Kelvint a termodinamikai számításokhoz (gáztörvények, entrópia)
• Utazás: Az USA °F-ot használ, a világ nagy része °C-t – ismerje a durva átváltást
• Láz: A normál testhőmérséklet 37°C (98.6°F); a láz 38°C (100.4°F) körül kezdődik
• Magasság: A víz alacsonyabb hőmérsékleten forr, ahogy a magasság növekszik (~95°C 2000 méteren)

• Fémfeldolgozás és kovácsolás

  Az acélgyártás (∼1538°C), az ötvözet-szabályozás és a hőkezelési görbék precíz magas hőmérsékletű mérést igényelnek a minőség, a mikroszerkezet és a biztonság érdekében
• Kémia és petrolkémia

  A krakkolás, a reformálás, a polimerizáció és a desztillációs oszlopok a hozam, a biztonság és a hatékonyság érdekében széles tartományokban pontos hőmérséklet-profilozásra támaszkodnak
• Elektronika és félvezetők

  A kemencés hőkezelés (1000°C+), a leválasztási/maratási ablakok és a szigorú tisztaszoba-szabályozás (±0.1°C) támasztják alá a fejlett eszközök teljesítményét és hozamát

• Testhőmérséklet-figyelés

  Normál maghőmérséklet-tartomány 36.1–37.2°C; lázküszöbök; hipotermia/hipertermia kezelése; folyamatos megfigyelés az intenzív osztályon és a sebészetben
• Gyógyszertárolás

  Vakcina hűtőlánc (2–8°C), ultra-hideg fagyasztók (le egészen −80°C-ig), és a hőmérséklet-érzékeny gyógyszerek eltéréseinek nyomon követése
• Orvosi berendezések kalibrálása

  Sterilizálás (autoklávok 121°C-on), krioterápia (−196°C folyékony nitrogén), valamint diagnosztikai és terápiás eszközök kalibrálása

• Fizika és anyagtudomány

  Szupravezetés 0 K közelében, kriogenika, fázisátalakulások, plazmafizika (megakelvin tartomány) és precíziós metrológia
• Kémiai kutatás

  Reakciókinetika és -egyensúly, kristályosodás-szabályozás, valamint termikus stabilitás a szintézis és az elemzés során
• Űr és repüléstechnika

  Hővédelmi rendszerek, kriogén hajtóanyagok (LH₂ −253°C-on), űrhajók hőegyensúlya és bolygóatmoszféra-tanulmányok

• Precíziós sütés és cukrászat

  Kenyér kelesztése (26–29°C), csokoládé temperálása (31–32°C), cukorfázisok és sütőprofil-kezelés az egységes eredmények érdekében
• Húsbiztonság és minőség

  Biztonságos belső hőmérsékletek (baromfi 74°C, marhahús 63°C), utósütés, sous-vide táblázatok és HACCP-megfelelőség
• Élelmiszer-tartósítás és biztonság

  Élelmiszer-veszélyzóna (4–60°C), gyors hűtés, a hűtőlánc integritása és a kórokozók szaporodásának ellenőrzése

Használja a °F = (°C × 9/5) + 32 képletet. Példa: 25°C → 77°F

Használja a °C = (°F − 32) × 5/9 képletet. Példa: 100°F → 37.8°C

Használja a K = °C + 273.15 képletet. Példa: 27°C → 300.15 K

Használja a K = (°F + 459.67) × 5/9 képletet. Példa: 68°F → 293.15 K

A °C az abszolút hőmérsékletet fejezi ki; a Δ°C a hőmérséklet-különbséget (intervallumot) fejezi ki. 1 Δ°C egyenlő 1 K-nel

Egy abszolút skála, amely Fahrenheit-fokokat használ: 0°R = abszolút nulla; °R = K × 9/5

273.16 K, ahol a víz szilárd, folyékony és gáz halmazállapota együtt létezik; termodinamikai referenciaként használják

1 eV 11604.51812 K-nek felel meg a Boltzmann-állandón (k_B) keresztül. Plazmákhoz és nagy energiájú kontextusokhoz használják

Körülbelül 1.4168×10^32 K, egy elméleti felső határ, ahol az ismert fizika összeomlik

Szoba ~22°C (295 K); emberi test ~37°C (310 K)

A Kelvin egy abszolút termodinamikai egység, amelyet egy fizikai állandó (k_B) határoz meg, nem egy önkényes skála, ezért K-t használ (nem °K-t).

Az abszolút hőmérséklet Kelvinben nem lehet negatív; azonban bizonyos rendszerek „negatív hőmérsékletet” mutatnak a populációinverzió értelmében — forróbbak, mint bármely pozitív K.