Базовая единица: Кельвин (K) - С привязкой к абсолютному нулю

Преимущества: термодинамические расчеты, квантовая механика, статистическая физика, прямая пропорциональность молекулярной энергии

Использование: все научные исследования, исследование космоса, криогеника, сверхпроводимость, физика элементарных частиц

• Кельвин (K) - Абсолютная шкала

  Абсолютная шкала, начинающаяся с 0 К; размер градуса равен Цельсию. Используется в законах газов, излучении черного тела, криогенике и термодинамических уравнениях
• Цельсий (°C) - Шкала на основе воды

  Определяется через фазовые переходы воды при стандартном давлении (0°C замерзание, 100°C кипение); размер градуса равен Кельвину. Широко используется в лабораториях, промышленности и повседневной жизни во всем мире
• Ранкин (°R) - Абсолютный Фаренгейт

  Абсолютный аналог Фаренгейта с таким же размером градуса; 0°R = абсолютный ноль. Распространен в термодинамике и аэрокосмической инженерии США

Базовая единица: Фаренгейт (°F) - Шкала человеческого комфорта

Преимущества: точность в масштабе человека для погоды, мониторинга температуры тела, контроля комфорта

Использование: Соединенные Штаты, некоторые страны Карибского бассейна, отчеты о погоде, медицинские применения

• Фаренгейт (°F) - Шкала человеческого комфорта

  Шкала, ориентированная на человека: вода замерзает при 32°F и кипит при 212°F (1 атм). Распространена в США в контексте погоды, отопления, вентиляции и кондиционирования, приготовления пищи и медицины
• Реомюр (°Ré) - Историческая европейская

  Историческая европейская шкала с 0°Ré при замерзании и 80°Ré при кипении. До сих пор упоминается в старых рецептах и определенных отраслях промышленности
• Ньютон (°N) - Научная историческая

  Предложена Исааком Ньютоном (1701) с 0°N при замерзании и 33°N при кипении. Сегодня представляет в основном исторический интерес

До термометров: методы, основанные на человеке

• Тест на ощупь рукой: древние кузнецы оценивали температуру металла на ощупь - критически важно для ковки оружия и инструментов
• Распознавание цвета: обжиг керамики основывался на цветах пламени и глины - красный, оранжевый, желтый, белый указывали на возрастающее тепло
• Наблюдение за поведением: поведение животных меняется с температурой окружающей среды - миграционные пути, сигналы к спячке
• Растительные индикаторы: изменения листьев, характер цветения как указатели температуры - сельскохозяйственные календари на основе фенологии
• Состояния воды: лед, жидкость, пар - самые ранние универсальные ориентиры температуры во всех культурах

До появления приборов цивилизации оценивали температуру с помощью человеческих чувств и природных примет — тактильных тестов, цвета пламени и материалов, поведения животных и циклов растений — формируя эмпирические основы ранних знаний о тепле.

Научная революция: количественная оценка температуры

• 1593: Термоскоп Галилея - первое устройство для измерения температуры, использующее расширение воздуха в трубке, заполненной водой
• 1654: Фердинанд II Тосканский - первый герметичный жидкостный термометр в стекле (спиртовой)
• 1701: Исаак Ньютон - предложил температурную шкалу с 0°N при замерзании, 33°N при температуре тела
• 1714: Габриэль Фаренгейт - ртутный термометр и стандартизированная шкала (32°F замерзание, 212°F кипение)
• 1730: Рене Реомюр - спиртовой термометр со шкалой 0°r замерзание, 80°r кипение
• 1742: Андерс Цельсий - шкала Цельсия с 0°C замерзание, 100°C кипение (изначально перевернутая!)
• 1743: Жан-Пьер Кристен - перевернул шкалу Цельсия в современный вид

Научная революция превратила температуру из ощущения в измерение. От термоскопа Галилея до ртутного термометра Фаренгейта и шкалы Цельсия, приборы позволили проводить точные, повторяемые измерения температуры в науке и промышленности.

От физических стандартов к фундаментальным константам

• 1887: Международное бюро мер и весов - первые международные температурные стандарты
• 1927: Международная температурная шкала (ITS-27) - основана на 6 фиксированных точках от O₂ до Au
• 1948: Цельсий официально заменяет «сантиград» - 9-я резолюция CGPM
• 1954: Тройная точка воды (273.16 К) - определена как фундаментальная опорная точка Кельвина
• 1967: Кельвин (К) принят как основная единица СИ - заменяет «градус Кельвина» (°К)
• 1990: ITS-90 - текущая международная температурная шкала с 17 фиксированными точками
• 2019: Переопределение СИ - Кельвин определяется постоянной Больцмана (k_B = 1.380649×10⁻²³ Дж·К⁻¹)

Современная термометрия эволюционировала от физических артефактов к фундаментальной физике. Переопределение 2019 года привязало Кельвин к постоянной Больцмана, сделав измерения температуры воспроизводимыми в любой точке вселенной без опоры на материальные стандарты.

Переопределение Кельвина представляет собой смену парадигмы от измерений, основанных на материалах, к измерениям, основанным на физике.

• Универсальная воспроизводимость: любая лаборатория с квантовыми стандартами может реализовать Кельвин независимо
• Долгосрочная стабильность: постоянная Больцмана не дрейфует, не деградирует и не требует хранения
• Экстремальные температуры: позволяет проводить точные измерения от нанокельвинов до гигакельвинов
• Квантовые технологии: поддерживает исследования в области квантовых вычислений, криогеники и сверхпроводимости
• Фундаментальная физика: все основные единицы СИ теперь определяются через константы природы

Быстрые приближенные расчеты для повседневного использования:

• C в F (приблизительно): удвоить, прибавить 30 (например, 20°C → 40+30 = 70°F, реально: 68°F)
• F в C (приблизительно): вычесть 30, разделить пополам (например, 70°F → 40÷2 = 20°C, реально: 21°C)
• C в K: просто прибавить 273 (или точно 273.15 для точности)
• K в C: вычесть 273 (или точно 273.15)
• F в K: прибавить 460, умножить на 5/9 (или использовать (F+459.67)×5/9 для точности)

Для точных расчетов:

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

Запомните эти ориентиры:

• Абсолютный ноль: 0 K = -273.15°C = -459.67°F (самая низкая возможная температура)
• Вода замерзает: 273.15 K = 0°C = 32°F (давление 1 атм)
• Тройная точка воды: 273.16 K = 0.01°C (точная точка определения)
• Комнатная температура: ~293 K = 20°C = 68°F (комфортная температура окружающей среды)
• Температура тела: 310.15 K = 37°C = 98.6°F (нормальная внутренняя температура человека)
• Вода кипит: 373.15 K = 100°C = 212°F (1 атм, на уровне моря)
• Умеренная духовка: ~450 K = 180°C = 356°F (газовая маркировка 4)

Понимание единиц Δ (дельта):

• Изменение на 1°C = изменение на 1 K = изменение на 1.8°F = изменение на 1.8°R (величина)
• Используйте префикс Δ для разниц: Δ°C, Δ°F, ΔK (не абсолютные температуры)
• Пример: если температура повышается с 20°C до 25°C, это изменение на Δ5°C = Δ9°F
• Никогда не складывайте/вычитайте абсолютные температуры в разных шкалах (20°C + 30°F ≠ 50 чего-либо!)
• Для интервалов Кельвин и Цельсий идентичны (1 К интервал = 1°C интервал)

• У Кельвина НЕТ знака градуса: пишите «К», а не «°К» (изменено в 1967 г.)
• Не путайте абсолютные температуры с разницами: 5°C ≠ Δ5°C в контексте
• Нельзя напрямую складывать/умножать температуры: 10°C × 2 ≠ эквивалентная тепловая энергия 20°C
• Ранкин - это абсолютный Фаренгейт: 0°R = абсолютный ноль, а НЕ 0°F
• Отрицательный Кельвин невозможен: 0 К - это абсолютный минимум (за исключением квантовых исключений)
• Газовая маркировка зависит от духовки: GM4 - это ~180°C, но может быть ±15°C в зависимости от марки
• Цельсий ≠ исторически сантиград: шкала Цельсия изначально была перевернута (100° замерзание, 0° кипение!)

• Погода: запомните ключевые точки (0°C=замерзание, 20°C=приятно, 30°C=жарко, 40°C=экстремально)
• Приготовление пищи: внутренние температуры мяса критически важны для безопасности (165°F/74°C для птицы)
• Наука: всегда используйте Кельвин для термодинамических расчетов (законы газов, энтропия)
• Путешествия: США использует °F, большая часть мира использует °C - знайте примерное преобразование
• Лихорадка: нормальная температура тела 37°C (98.6°F); лихорадка начинается примерно с 38°C (100.4°F)
• Высота: вода кипит при более низких температурах с увеличением высоты (~95°C на 2000 м)

• Обработка металлов и ковка

  Производство стали (∼1538°C), контроль сплавов и кривые термообработки требуют точного измерения высоких температур для качества, микроструктуры и безопасности
• Химическая и нефтехимическая промышленность

  Крекинг, риформинг, полимеризация и дистилляционные колонны зависят от точного профилирования температуры для выхода, безопасности и эффективности в широком диапазоне
• Электроника и полупроводники

  Отжиг в печи (1000°C+), окна осаждения/травления и строгий контроль в чистых помещениях (±0.1°C) лежат в основе производительности и выхода современных устройств

• Мониторинг температуры тела

  Нормальный диапазон внутренней температуры 36.1–37.2°C; пороги лихорадки; управление гипотермией/гипертермией; непрерывный мониторинг в интенсивной терапии и хирургии
• Хранение фармацевтических препаратов

  Холодовая цепь вакцин (2–8°C), сверхнизкотемпературные морозильники (до −80°C) и отслеживание отклонений для термочувствительных лекарств
• Калибровка медицинского оборудования

  Стерилизация (автоклавы при 121°C), криотерапия (−196°C жидкий азот) и калибровка диагностических и терапевтических устройств

• Физика и материаловедение

  Сверхпроводимость вблизи 0 K, криогеника, фазовые переходы, физика плазмы (диапазон мегакельвинов) и прецизионная метрология
• Химические исследования

  Кинетика и равновесие реакций, контроль кристаллизации и термическая стабильность во время синтеза и анализа
• Космос и аэрокосмическая отрасль

  Системы тепловой защиты, криогенные топлива (LH₂ при −253°C), тепловой баланс космических аппаратов и исследования планетных атмосфер

• Точная выпечка и кондитерские изделия

  Расстойка хлеба (26–29°C), темперирование шоколада (31–32°C), стадии сахара и управление профилем духовки для стабильных результатов
• Безопасность и качество мяса

  Безопасные внутренние температуры (птица 74°C, говядина 63°C), остаточное приготовление, таблицы sous-vide и соответствие HACCP
• Консервация и безопасность пищевых продуктов

  Опасная зона для пищевых продуктов (4–60°C), быстрое охлаждение, целостность холодовой цепи и контроль роста патогенов

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

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

Используйте K = °C + 273.15. Пример: 27°C → 300.15 K

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

°C выражает абсолютную температуру; Δ°C выражает разницу температур (интервал). 1 Δ°C равен 1 K

Абсолютная шкала, использующая градусы Фаренгейта: 0°R = абсолютный ноль; °R = K × 9/5

273.16 K, где сосуществуют твердая, жидкая и газообразная фазы воды; используется в качестве термодинамического эталона

1 эВ соответствует 11604.51812 K через постоянную Больцмана (k_B). Используется для плазмы и в контекстах высокой энергии

Приблизительно 1.4168×10^32 K, теоретический верхний предел, при котором известная физика разрушается

Комнатная ~22°C (295 K); тело человека ~37°C (310 K)

Кельвин — это абсолютная термодинамическая единица, определенная через физическую константу (k_B), а не произвольная шкала, поэтому она использует K (а не °K).

Абсолютная температура в Кельвинах не может быть отрицательной; однако некоторые системы демонстрируют «отрицательную температуру» в смысле инверсии населенности — они горячее любого положительного К.