Đơn vị Cơ bản: Kelvin (K) - Tham chiếu đến Độ không Tuyệt đối

Ưu điểm: Tính toán nhiệt động lực học, cơ học lượng tử, vật lý thống kê, tỷ lệ thuận trực tiếp với năng lượng phân tử

Sử dụng: Mọi nghiên cứu khoa học, thám hiểm không gian, kỹ thuật nhiệt độ thấp, siêu dẫn, vật lý hạt

• Kelvin (K) - Thang đo Tuyệt đối

  Thang đo tuyệt đối bắt đầu từ 0 K; kích thước độ bằng với độ Celsius. Được sử dụng trong các định luật khí, bức xạ vật đen, kỹ thuật nhiệt độ thấp và các phương trình nhiệt động lực học
• Celsius (°C) - Thang đo dựa trên Nước

  Được định nghĩa qua các quá trình chuyển pha của nước ở áp suất tiêu chuẩn (0°C đóng băng, 100°C sôi); kích thước độ bằng với Kelvin. Được sử dụng rộng rãi trong các phòng thí nghiệm, công nghiệp và cuộc sống hàng ngày trên toàn thế giới
• Rankine (°R) - Fahrenheit Tuyệt đối

  Đối trọng tuyệt đối của Fahrenheit với cùng kích thước độ; 0°R = độ không tuyệt đối. Phổ biến trong ngành nhiệt động lực học và kỹ thuật hàng không vũ trụ của Hoa Kỳ

Đơn vị Cơ bản: Fahrenheit (°F) - Thang đo Tiện nghi cho Con người

Ưu điểm: Độ chính xác ở quy mô con người cho thời tiết, theo dõi nhiệt độ cơ thể, kiểm soát sự thoải mái

Sử dụng: Hoa Kỳ, một số quốc gia Caribbean, báo cáo thời tiết, các ứng dụng y tế

• Fahrenheit (°F) - Thang đo Tiện nghi cho Con người

  Thang đo hướng đến con người: nước đóng băng ở 32°F và sôi ở 212°F (1 atm). Phổ biến trong thời tiết của Hoa Kỳ, hệ thống HVAC, nấu ăn và các bối cảnh y tế
• Réaumur (°Ré) - Lịch sử Châu Âu

  Thang đo lịch sử của Châu Âu với 0°Ré ở điểm đóng băng và 80°Ré ở điểm sôi. Vẫn được tham chiếu trong các công thức nấu ăn cũ và một số ngành công nghiệp nhất định
• Newton (°N) - Lịch sử Khoa học

  Được đề xuất bởi Isaac Newton (1701) với 0°N ở điểm đóng băng và 33°N ở điểm sôi. Ngày nay chủ yếu mang tính lịch sử

Trước Nhiệt kế: Các phương pháp dựa trên Con người

• Kiểm tra bằng cách chạm tay: Các thợ rèn cổ đại đánh giá nhiệt độ kim loại bằng cách chạm - rất quan trọng để rèn vũ khí và công cụ
• Nhận biết màu sắc: Nung gốm dựa trên màu sắc của ngọn lửa và đất sét - màu đỏ, cam, vàng, trắng cho biết nhiệt độ tăng dần
• Quan sát hành vi: Sự thay đổi hành vi của động vật theo nhiệt độ môi trường - các kiểu di cư, dấu hiệu ngủ đông
• Chỉ số thực vật: Sự thay đổi của lá, các kiểu ra hoa như là kim chỉ nam cho nhiệt độ - lịch nông nghiệp dựa trên hiện tượng học
• Các trạng thái của nước: Băng, lỏng, hơi nước - những tham chiếu nhiệt độ phổ quát sớm nhất trong tất cả các nền văn hóa

Trước khi có các dụng cụ, các nền văn minh đã ước tính nhiệt độ thông qua các giác quan của con người và các dấu hiệu tự nhiên — kiểm tra bằng xúc giác, màu sắc của ngọn lửa và vật liệu, hành vi của động vật và chu kỳ của thực vật — hình thành nên nền tảng thực nghiệm của kiến thức nhiệt học sơ khai.

Cách mạng Khoa học: Định lượng Nhiệt độ

• 1593: Nhiệt nghiệm của Galileo - Thiết bị đo nhiệt độ đầu tiên sử dụng sự giãn nở của không khí trong một ống chứa đầy nước
• 1654: Ferdinand II của Tuscany - Nhiệt kế chất lỏng trong thủy tinh kín đầu tiên (cồn)
• 1701: Isaac Newton - Đề xuất thang đo nhiệt độ với 0°N ở điểm đóng băng, 33°N ở nhiệt độ cơ thể
• 1714: Gabriel Fahrenheit - Nhiệt kế thủy ngân và thang đo tiêu chuẩn hóa (32°F đóng băng, 212°F sôi)
• 1730: René Réaumur - Nhiệt kế cồn với thang đo 0°r đóng băng, 80°r sôi
• 1742: Anders Celsius - Thang đo Centigrade với 0°C đóng băng, 100°C sôi (ban đầu bị đảo ngược!)
• 1743: Jean-Pierre Christin - Đảo ngược thang đo Celsius về dạng hiện đại

Cách mạng khoa học đã biến đổi nhiệt độ từ một cảm giác thành một phép đo. Từ nhiệt nghiệm của Galileo đến nhiệt kế thủy ngân của Fahrenheit và thang đo centigrade của Celsius, các dụng cụ đã cho phép đo nhiệt độ một cách chính xác và có thể lặp lại trong khoa học và công nghiệp.

Từ các Tiêu chuẩn Vật lý đến các Hằng số Cơ bản

• 1887: Cục Cân đo Quốc tế - Các tiêu chuẩn nhiệt độ quốc tế đầu tiên
• 1927: Thang đo Nhiệt độ Quốc tế (ITS-27) - Dựa trên 6 điểm cố định từ O₂ đến Au
• 1948: Celsius chính thức thay thế 'centigrade' - nghị quyết của Đại hội Cân đo lần thứ 9
• 1954: Điểm ba của nước (273.16 K) - Được định nghĩa là tham chiếu cơ bản của Kelvin
• 1967: Kelvin (K) được thông qua làm đơn vị cơ bản của SI - Thay thế 'độ Kelvin' (°K)
• 1990: ITS-90 - Thang đo nhiệt độ quốc tế hiện hành với 17 điểm cố định
• 2019: Định nghĩa lại SI - Kelvin được định nghĩa bằng hằng số Boltzmann (k_B = 1.380649×10⁻²³ J·K⁻¹)

Phép đo nhiệt độ hiện đại đã phát triển từ các hiện vật vật lý sang vật lý cơ bản. Việc định nghĩa lại năm 2019 đã gắn Kelvin với hằng số Boltzmann, làm cho các phép đo nhiệt độ có thể tái tạo ở bất cứ đâu trong vũ trụ mà không cần dựa vào các tiêu chuẩn vật chất.

Việc định nghĩa lại Kelvin đại diện cho một sự thay đổi mô hình từ đo lường dựa trên vật chất sang đo lường dựa trên vật lý.

• Khả năng Tái tạo Toàn cầu: Bất kỳ phòng thí nghiệm nào có tiêu chuẩn lượng tử đều có thể hiện thực hóa Kelvin một cách độc lập
• Sự ổn định lâu dài: Hằng số Boltzmann không bị trôi, xuống cấp hoặc yêu cầu lưu trữ
• Nhiệt độ cực đoan: Cho phép các phép đo chính xác từ nanokelvin đến gigakelvin
• Công nghệ lượng tử: Hỗ trợ nghiên cứu máy tính lượng tử, kỹ thuật nhiệt độ thấp và siêu dẫn
• Vật lý cơ bản: Tất cả các đơn vị cơ bản của SI hiện được định nghĩa bằng các hằng số của tự nhiên

Các phép tính gần đúng nhanh chóng để sử dụng hàng ngày:

• C sang F (gần đúng): Nhân đôi, cộng 30 (ví dụ: 20°C → 40+30 = 70°F, thực tế: 68°F)
• F sang C (gần đúng): Trừ 30, chia đôi (ví dụ: 70°F → 40÷2 = 20°C, thực tế: 21°C)
• C sang K: Chỉ cần cộng 273 (hoặc chính xác là 273.15 để có độ chính xác cao)
• K sang C: Trừ 273 (hoặc chính xác là 273.15)
• F sang K: Cộng 460, nhân với 5/9 (hoặc sử dụng (F+459.67)×5/9 để có kết quả chính xác)

Đối với các tính toán chính xác:

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

Hãy ghi nhớ những điểm mốc này:

• Độ không tuyệt đối: 0 K = -273.15°C = -459.67°F (nhiệt độ thấp nhất có thể)
• Nước đóng băng: 273.15 K = 0°C = 32°F (áp suất 1 atm)
• Điểm ba của nước: 273.16 K = 0.01°C (điểm định nghĩa chính xác)
• Nhiệt độ phòng: ~293 K = 20°C = 68°F (môi trường xung quanh thoải mái)
• Nhiệt độ cơ thể: 310.15 K = 37°C = 98.6°F (nhiệt độ lõi bình thường của con người)
• Nước sôi: 373.15 K = 100°C = 212°F (1 atm, mực nước biển)
• Lò nướng vừa: ~450 K = 180°C = 356°F (Gas Mark 4)

Hiểu về các đơn vị Δ (delta):

• Thay đổi 1°C = thay đổi 1 K = thay đổi 1.8°F = thay đổi 1.8°R (độ lớn)
• Sử dụng tiền tố Δ cho sự khác biệt: Δ°C, Δ°F, ΔK (không phải nhiệt độ tuyệt đối)
• Ví dụ: Nếu nhiệt độ tăng từ 20°C lên 25°C, đó là một sự thay đổi Δ5°C = Δ9°F
• Không bao giờ cộng/trừ nhiệt độ tuyệt đối ở các thang đo khác nhau (20°C + 30°F ≠ 50 bất cứ thứ gì!)
• Đối với các khoảng, Kelvin và Celsius là giống hệt nhau (khoảng 1 K = khoảng 1°C)

• Kelvin KHÔNG có ký hiệu độ: Viết 'K' chứ không phải '°K' (thay đổi năm 1967)
• Đừng nhầm lẫn nhiệt độ tuyệt đối với sự khác biệt: 5°C ≠ Δ5°C trong ngữ cảnh
• Không thể cộng/nhân trực tiếp nhiệt độ: 10°C × 2 ≠ năng lượng nhiệt tương đương 20°C
• Rankine là Fahrenheit tuyệt đối: 0°R = độ không tuyệt đối, KHÔNG phải 0°F
• Không thể có Kelvin âm: 0 K là mức tối thiểu tuyệt đối (ngoài các trường hợp ngoại lệ lượng tử)
• Gas Mark thay đổi theo lò nướng: GM4 là ~180°C nhưng có thể là ±15°C tùy thuộc vào thương hiệu
• Celsius ≠ Centigrade về mặt lịch sử: Celsius ban đầu bị đảo ngược (100° đóng băng, 0° sôi!)

• Thời tiết: Ghi nhớ các điểm chính (0°C=đóng băng, 20°C=đẹp, 30°C=nóng, 40°C=cực nóng)
• Nấu ăn: Nhiệt độ bên trong thịt rất quan trọng đối với sự an toàn (165°F/74°C đối với gia cầm)
• Khoa học: Luôn sử dụng Kelvin cho các tính toán nhiệt động lực học (các định luật khí, entropy)
• Du lịch: Hoa Kỳ sử dụng °F, hầu hết thế giới sử dụng °C - biết cách chuyển đổi gần đúng
• Sốt: Nhiệt độ cơ thể bình thường là 37°C (98.6°F); sốt bắt đầu vào khoảng 38°C (100.4°F)
• Độ cao: Nước sôi ở nhiệt độ thấp hơn khi độ cao tăng (~95°C ở 2000m)

• Gia công & Rèn kim loại

  Sản xuất thép (∼1538°C), kiểm soát hợp kim và các đường cong xử lý nhiệt đòi hỏi phải đo nhiệt độ cao chính xác để đảm bảo chất lượng, cấu trúc vi mô và an toàn
• Hóa chất & Hóa dầu

  Các cột cracking, reforming, polymer hóa và chưng cất phụ thuộc vào việc lập hồ sơ nhiệt độ chính xác để đảm bảo năng suất, an toàn và hiệu quả trên phạm vi rộng
• Điện tử & Bán dẫn

  Ủ lò (trên 1000°C), cửa sổ lắng đọng/khắc và kiểm soát phòng sạch chặt chẽ (±0.1°C) là nền tảng cho hiệu suất và năng suất của các thiết bị tiên tiến

• Theo dõi Nhiệt độ Cơ thể

  Phạm vi nhiệt độ lõi bình thường 36.1–37.2°C; ngưỡng sốt; quản lý hạ thân nhiệt/tăng thân nhiệt; theo dõi liên tục trong chăm sóc đặc biệt và phẫu thuật
• Bảo quản Dược phẩm

  Chuỗi lạnh vắc-xin (2–8°C), tủ đông siêu lạnh (xuống đến −80°C) và theo dõi sự sai lệch đối với các loại thuốc nhạy cảm với nhiệt độ
• Hiệu chuẩn Thiết bị Y tế

  Tiệt trùng (nồi hấp 121°C), liệu pháp lạnh (nitơ lỏng −196°C) và hiệu chuẩn các thiết bị chẩn đoán và trị liệu

• Vật lý & Khoa học Vật liệu

  Siêu dẫn gần 0 K, kỹ thuật nhiệt độ thấp, chuyển pha, vật lý plasma (phạm vi megakelvin) và đo lường chính xác
• Nghiên cứu Hóa học

  Động học và cân bằng phản ứng, kiểm soát kết tinh và độ bền nhiệt trong quá trình tổng hợp và phân tích
• Không gian & Hàng không Vũ trụ

  Hệ thống bảo vệ nhiệt, nhiên liệu đẩy siêu lạnh (LH₂ ở −253°C), cân bằng nhiệt của tàu vũ trụ và các nghiên cứu về khí quyển hành tinh

• Làm bánh & Bánh ngọt Chính xác

  Ủ bột bánh mì (26–29°C), tôi sô cô la (31–32°C), các giai đoạn của đường và quản lý hồ sơ lò nướng để có kết quả nhất quán
• An toàn & Chất lượng Thịt

  Nhiệt độ bên trong an toàn (gia cầm 74°C, thịt bò 63°C), nấu tiếp sau khi tắt bếp, các bảng sous-vide và tuân thủ HACCP
• Bảo quản & An toàn Thực phẩm

  Vùng nguy hiểm của thực phẩm (4–60°C), làm lạnh nhanh, tính toàn vẹn của chuỗi lạnh và kiểm soát sự phát triển của mầm bệnh

Sử dụng °F = (°C × 9/5) + 32. Ví dụ: 25°C → 77°F

Sử dụng °C = (°F − 32) × 5/9. Ví dụ: 100°F → 37.8°C

Sử dụng K = °C + 273.15. Ví dụ: 27°C → 300.15 K

Sử dụng K = (°F + 459.67) × 5/9. Ví dụ: 68°F → 293.15 K

°C biểu thị nhiệt độ tuyệt đối; Δ°C biểu thị sự chênh lệch nhiệt độ (khoảng). 1 Δ°C bằng 1 K

Một thang đo tuyệt đối sử dụng độ Fahrenheit: 0°R = độ không tuyệt đối; °R = K × 9/5

273.16 K nơi các pha rắn, lỏng và khí của nước cùng tồn tại; được sử dụng làm tham chiếu nhiệt động lực học

1 eV tương ứng với 11604.51812 K thông qua hằng số Boltzmann (k_B). Được sử dụng cho plasma và các bối cảnh năng lượng cao

Khoảng 1.4168×10^32 K, một giới hạn trên lý thuyết nơi vật lý đã biết bị phá vỡ

Phòng ~22°C (295 K); cơ thể người ~37°C (310 K)

Kelvin là một đơn vị nhiệt động lực học tuyệt đối được định nghĩa thông qua một hằng số vật lý (k_B), không phải là một thang đo tùy ý, vì vậy nó sử dụng K (không phải °K).

Nhiệt độ tuyệt đối trong thang đo Kelvin không thể âm; tuy nhiên, một số hệ thống biểu hiện 'nhiệt độ âm' theo nghĩa đảo ngược dân số — chúng nóng hơn bất kỳ giá trị K dương nào.