基本单位：开尔文 (K) - 以绝对零度为参考

优点：热力学计算、量子力学、统计物理学、与分子能量成正比

用途：所有科学研究、太空探索、低温学、超导电性、粒子物理学

• 开尔文 (K) - 绝对温标

  从 0 K 开始的绝对温标；度的大小等于摄氏度。用于气体定律、黑体辐射、低温学和热力学方程
• 摄氏 (°C) - 水基温标

  通过水在标准压力下的相变来定义（0°C 冰点，100°C 沸点）；度的大小等于开尔文。广泛用于世界各地的实验室、工业和日常生活中
• 兰氏 (°R) - 绝对华氏温标

  华氏温标的绝对对应物，具有相同的度大小；0°R = 绝对零度。在美国热力学和航空航天工程中很常见

基本单位：华氏 (°F) - 人体舒适度温标

优点：用于天气、体温监测、舒适度控制的人体尺度精度

用途：美国、一些加勒比国家、天气报告、医疗应用

• 华氏 (°F) - 人体舒适度温标

  以人为本的温标：水在 32°F 时结冰，在 212°F 时沸腾（1 atm）。在美国天气、HVAC、烹饪和医疗环境中很常见
• 列氏 (°Ré) - 历史欧洲温标

  历史悠久的欧洲温标，冰点为 0°Ré，沸点为 80°Ré。在一些传统食谱和某些行业中仍有引用
• 牛顿 (°N) - 科学历史温标

  由艾萨克·牛顿（1701 年）提出，冰点为 0°N，沸点为 33°N。今天主要具有历史意义

温度计之前：基于人类的方法

• 手触测试：古代铁匠通过触摸来判断金属温度——这对于锻造武器和工具至关重要
• 颜色识别：根据火焰和粘土的颜色烧制陶器——红色、橙色、黄色、白色表示温度升高
• 行为观察：动物行为随环境温度而变化——迁徙模式、冬眠线索
• 植物指标：叶片变化、开花模式作为温度指南——基于物候学的农历
• 水的状态：冰、液体、蒸汽——所有文化中最早的通用温度参考

在仪器出现之前，文明通过人类感官和自然线索来估计温度——触觉测试、火焰和材料颜色、动物行为和植物周期——形成了早期热学知识的经验基础。

科学革命：量化温度

• 1593：伽利略的验温器——第一个利用空气在充满水的管中膨胀来测量温度的设备
• 1654：托斯卡纳的斐迪南二世——第一个密封的玻璃管液体温度计（酒精）
• 1701：艾萨克·牛顿——提出了一个温标，冰点为 0°N，体温为 33°N
• 1714：加布里埃尔·华氏——水银温度计和标准化温标（32°F 冰点，212°F 沸点）
• 1730：勒内·列奥米尔——酒精温度计，冰点为 0°r，沸点为 80°r
• 1742：安德斯·摄尔修斯——摄氏温标，冰点为 0°C，沸点为 100°C（最初是颠倒的！）
• 1743：让-皮埃尔·克里斯汀——将摄氏温标反转为现代形式

科学革命将温度从感觉转变为测量。从伽利略的验温器到华氏的水银温度计和摄氏的摄氏温标，仪器使科学和工业领域的测温变得精确、可重复。

从物理标准到基本常数

• 1887：国际计量局——首个国际温度标准
• 1927：国际温标 (ITS-27)——基于从 O₂ 到 Au 的 6 个固定点
• 1948：摄氏正式取代“摄氏度”——第 9 届 CGPM 决议
• 1954：水的三相点 (273.16 K)——被定义为开尔文的基本参考点
• 1967：开尔文 (K) 被采纳为 SI 基本单位——取代“开尔文度” (°K)
• 1990：ITS-90——当前的国际温标，有 17 个固定点
• 2019：SI 重新定义——开尔文由玻尔兹曼常数 (k_B = 1.380649×10⁻²³ J·K⁻¹) 定义

现代测温学从物理实物演变为基础物理学。2019 年的重新定义将开尔文与玻尔兹曼常数挂钩，使得温度测量可以在宇宙任何地方进行复现，而无需依赖材料标准。

开尔文的重新定义代表了从基于材料的测量到基于物理的测量的范式转变。

• 普遍可复现性：任何拥有量子标准的实验室都可以独立实现开尔文
• 长期稳定性：玻尔兹曼常数不会漂移、退化或需要储存
• 极端温度：能够实现从纳开尔文到吉开尔文的精确测量
• 量子技术：支持量子计算、低温学和超导研究
• 基础物理学：所有 SI 基本单位现在都由自然常数定义

日常使用的快速近似法：

• 摄氏转华氏（粗略）：乘以二，加三十（例如，20°C → 40+30 = 70°F，实际：68°F）
• 华氏转摄氏（粗略）：减去三十，除以二（例如，70°F → 40÷2 = 20°C，实际：21°C）
• 摄氏转开尔文：只需加 273（或精确地加 273.15）
• 开尔文转摄氏：减去 273（或精确地减去 273.15）
• 华氏转开尔文：加 460，乘以 5/9（或精确地使用 (F+459.67)×5/9）

用于精确计算：

• 摄氏转华氏：F = (C × 9/5) + 32 或 F = (C × 1.8) + 32
• 华氏转摄氏：C = (F - 32) × 5/9
• 摄氏转开尔文：K = C + 273.15
• 开尔文转摄氏：C = K - 273.15
• 华氏转开尔文：K = (F + 459.67) × 5/9
• 开尔文转华氏：F = (K × 9/5) - 459.67

记住这些关键点：

• 绝对零度：0 K = -273.15°C = -459.67°F（可能达到的最低温度）
• 水结冰：273.15 K = 0°C = 32°F（1 atm 压力）
• 水的三相点：273.16 K = 0.01°C（精确的定义点）
• 室温：~293 K = 20°C = 68°F（舒适的环境温度）
• 体温：310.15 K = 37°C = 98.6°F（正常人体核心温度）
• 水沸腾：373.15 K = 100°C = 212°F（1 atm，海平面）
• 中等烤箱：~450 K = 180°C = 356°F（燃气标记 4）

理解 Δ (delta) 单位：

• 1°C 的变化 = 1 K 的变化 = 1.8°F 的变化 = 1.8°R 的变化（幅度）
• 对差异使用 Δ 前缀：Δ°C、Δ°F、ΔK（不是绝对温度）
• 示例：如果温度从 20°C 上升到 25°C，那就是 Δ5°C = Δ9°F 的变化
• 切勿在不同温标中加/减绝对温度（20°C + 30°F ≠ 50 任何单位！）
• 对于区间，开尔文和摄氏是相同的（1 K 区间 = 1°C 区间）

• 开尔文没有度数符号：写 'K' 而不是 '°K'（1967 年更改）
• 不要将绝对温度与差异混淆：在上下文中 5°C ≠ Δ5°C
• 不能直接加/乘温度：10°C × 2 ≠ 20°C 等效热能
• 兰氏是绝对华氏温标：0°R = 绝对零度，而不是 0°F
• 负开尔文是不可能的：0 K 是绝对最小值（量子例外情况除外）
• 燃气标记因烤箱而异：GM4 约为 180°C，但根据品牌可能 ±15°C
• 摄氏 ≠ 历史上的一百分度：摄氏最初是颠倒的（100° 冰点，0° 沸点！）

• 天气：记住关键点（0°C=结冰，20°C=舒适，30°C=炎热，40°C=酷热）
• 烹饪：肉类内部温度对安全至关重要（家禽 165°F/74°C）
• 科学：始终使用开尔文进行热力学计算（气体定律、熵）
• 旅行：美国使用 °F，世界上大多数地方使用 °C——了解大致的转换方法
• 发烧：正常体温 37°C (98.6°F)；发烧大约从 38°C (100.4°F) 开始
• 海拔：海拔越高，水的沸点越低（在 2000 米处约为 95°C）

• 金属加工与锻造

  炼钢 (∼1538°C)、合金控制和热处理曲线要求精确的高温测量，以确保质量、微观结构和安全
• 化学与石化

  裂解、重整、聚合和蒸馏塔依赖于精确的温度剖面，以确保在宽泛范围内的产量、安全性和效率
• 电子与半导体

  炉管退火 (1000°C+)、沉积/蚀刻窗口和严格的洁净室控制 (±0.1°C) 是先进设备性能和良率的基础

• 体温监测

  正常核心体温范围 36.1–37.2°C；发烧阈值；低温/高温管理；重症监护和手术中的持续监测
• 药品储存

  疫苗冷链 (2–8°C)、超低温冰箱 (低至 −80°C) 以及对温度敏感药物的温度偏差跟踪
• 医疗设备校准

  灭菌（121°C 高压灭菌器）、冷冻疗法（−196°C 液氮）以及诊断和治疗设备的校准

• 物理与材料科学

  接近 0 K 的超导性、低温学、相变、等离子体物理（兆开尔文范围）和精密计量学
• 化学研究

  反应动力学和平衡、结晶控制以及合成和分析过程中的热稳定性
• 太空与航空航天

  热防护系统、低温推进剂（LH₂ 在 −253°C）、航天器热平衡以及行星大气研究

• 精密烘焙与糕点制作

  面包发酵 (26–29°C)、巧克力调温 (31–32°C)、糖浆阶段以及烤箱剖面管理，以获得一致的结果
• 肉类安全与质量

  安全的内部温度（家禽 74°C，牛肉 63°C）、余温烹饪、真空低温烹饪表和 HACCP 合规性
• 食品保鲜与安全

  食品危险区 (4–60°C)、快速冷却、冷链完整性和病原体生长控制

使用 °F = (°C × 9/5) + 32。示例：25°C → 77°F

使用 °C = (°F − 32) × 5/9。示例：100°F → 37.8°C

使用 K = °C + 273.15。示例：27°C → 300.15 K

使用 K = (°F + 459.67) × 5/9。示例：68°F → 293.15 K

°C 表示绝对温度；Δ°C 表示温差（区间）。1 Δ°C 等于 1 K

使用华氏度数的绝对温标：0°R = 绝对零度；°R = K × 9/5

273.16 K，是水的三相（固、液、气）共存的点；用作热力学参考点

1 eV 通过玻尔兹曼常数 (k_B) 对应于 11604.51812 K。用于等离子体和高能环境

大约 1.4168×10^32 K，是已知物理学失效的理论上限

室温约 22°C (295 K)；人体约 37°C (310 K)

开尔文是通过物理常数 (k_B) 定义的绝对热力学单位，而不是任意的刻度，所以它使用 K（而不是 °K）。

绝对温度（以开尔文为单位）不能是负数；然而，某些系统在粒子数反转的意义上表现出“负温度”——它们比任何正 K 温度都要热。