Обзор температурных шкал
Температура - это мера средней кинетической энергии частиц в веществе. В мире используется несколько температурных шкал, причем Цельсий и Фаренгейт являются наиболее распространенными в повседневном использовании, а Кельвин является стандартом в научных контекстах.
Шкала Фаренгейта
Шкала Фаренгейта - это термодинамическая температурная шкала, разработанная немецким физиком Даниэлем Габриэлем Фаренгейтом в 1724 году. По этой шкале:
- Температура замерзания воды составляет 32 градуса по Фаренгейту (°F)
- Температура кипения воды составляет 212 градусов по Фаренгейту (при стандартном атмосферном давлении)
- Это создает интервал в 180 градусов между этими двумя точками
- Абсолютный ноль определяется как -459,67 градусов по Фаренгейту
- Разница температур в 1 градус по Фаренгейту равна разнице температур в 0,556 градусов Цельсия
Шкала Цельсия
Шкала Цельсия, первоначально известная как шкала Центиградус, была разработана шведским астрономом Андерсом Цельсием в 1742 году. По этой шкале:
- Температура замерзания воды составляет 0 градусов Цельсия (°C)
- Температура кипения воды составляет 100 градусов Цельсия (при стандартном атмосферном давлении)
- Это создает интервал в 100 градусов между этими двумя точками
- Абсолютный ноль определяется как -273,15 градусов Цельсия
- Шкала Цельсия является частью метрической системы и используется большинством стран мира
Шкала Кельвина
Шкала Кельвина - это базовая единица температуры в Международной системе единиц (СИ). Это абсолютная термодинамическая температурная шкала:
- Абсолютный ноль составляет 0 Кельвинов (K)
- Температура замерзания воды составляет 273,15 K
- Температура кипения воды составляет 373,15 K
- С символом градуса Кельвин не используется
Шкала Ранкина
Шкала Ранкина используется реже, но является абсолютной температурной шкалой, основанной на шкале Фаренгейта:
- Абсолютный ноль составляет 0 градусов Ранкина (°R)
- Температура замерзания воды составляет 491,67 °R
- Температура кипения воды составляет 671,67 °R
Формулы преобразования температуры
Преобразование Фаренгейта в Цельсий
Цельсий = (Фаренгейт - 32) × 5/9
или
Цельсий = (Фаренгейт - 32) / 1,8
Преобразование Цельсия в Фаренгейт
Фаренгейт = (Цельсий × 9/5) + 32
или
Фаренгейт = (Цельсий × 1,8) + 32
Преобразование Цельсия в Кельвины
Кельвины = Цельсий + 273,15
Преобразование Кельвинов в Цельсий
Цельсий = Кельвины - 273,15
Преобразование Фаренгейта в Кельвины
Кельвины = (Фаренгейт - 32) × 5/9 + 273,15
Преобразование Кельвинов в Фаренгейт
Фаренгейт = (Кельвины - 273,15) × 9/5 + 32
Подробные примеры расчетов
Расчет преобразования 32 Фаренгейта в Цельсий
Цельсий = (Фаренгейт - 32) / 1,8
Цельсий = (32 - 32) / 1,8
Цельсий = 0 / 1,8
Цельсий = 0
Расчет преобразования 100 Цельсия в Фаренгейт
Фаренгейт = (Цельсий × 1,8) + 32
Фаренгейт = (100 × 1,8) + 32
Фаренгейт = 180 + 32
Фаренгейт = 212
Расчет преобразования 0 Цельсия в Кельвины
Кельвины = Цельсий + 273,15
Кельвины = 0 + 273,15
Кельвины = 273,15
Методы быстрого приближения
Простое и быстрое преобразование °F в °C
Преобразование Фаренгейта в Цельсий трудно выполнить в уме, но приблизительное преобразование °F в °C на самом деле довольно легко - просто вычтите 30 из значения по Фаренгейту и разделите пополам. Это должно быть достаточно точно для температур воздуха.
Например:
- 70°F ≈ (70 - 30) / 2 = 40 / 2 = 20°C (фактическое значение 21,1°C)
Простое и быстрое преобразование °C в °F
Для приблизительного преобразования Цельсия в Фаренгейт удвойте значение по Цельсию и прибавьте 30.
Например:
- 20°C ≈ (20 × 2) + 30 = 40 + 30 = 70°F (фактическое значение 68°F)
Определение Фаренгейта и Цельсия
Фаренгейт и Цельсий - это две наиболее распространенные температурные шкалы в мире.
Шкала Фаренгейта была разработана немецким физиком Даниэлем Габриэлем Фаренгейтом в начале 1700-х годов и широко используется в Соединенных Штатах и, в меньшей степени, в некоторых других странах, таких как Великобритания и Ирландия. Температура замерзания воды установлена на 32 градуса, а температура кипения воды установлена на 212 градусов.
Шкала Цельсия, также известная как Центиградус в некоторых условиях, используется в большинстве стран мира для измерения температуры. Созданная Андерсом Цельсием, шведским астрономом в середине 1700-х годов, температура замерзания воды обозначена как 0 градусов C, а температура кипения воды - 100 градусов C.
Шкала Цельсия, как правило, более глобально принята, чем шкала Фаренгейта. Несмотря на это, шкала Фаренгейта все еще часто используется для прогнозов погоды, приготовления пищи и повседневных ссылок в Соединенных Штатах Америки.
Почему преобразование Фаренгейта в Цельсий так сложно?
Преобразование между Фаренгейтом и Цельсием может быть трудным, потому что каждая из температурных шкал имеет разные начальные точки и разные приращения между каждым градусом.
По шкале Фаренгейта температура замерзания воды составляет 32 градуса F, а температура кипения воды - 212 градусов F. Это означает, что между этими двумя точками имеется 180 градусов. Цельсий имеет температуру замерзания воды при 0 градусов C и температуру кипения при 100 градусов C, что делает интервал между точками 100 градусов.
Сочетание этих различий делает преобразование между Фаренгейтом и Цельсием более сложным.
Чтобы преобразовать Фаренгейт в Цельсий, вы должны сначала вычесть 32 из значения по Фаренгейту, а затем разделить результат на 1,8 (или 5/9). Это преобразование может затруднить выполнение в уме без использования калькулятора или таблицы преобразования, такой как та, которая представлена на этой странице.
Кроме того, математическая связь между шкалами не интуитивна для большинства людей. В отличие от простых преобразований, таких как дюймы в сантиметры (которые используют простой коэффициент умножения), преобразования температуры включают как умножение, так и компонент сложения/вычитания.
Общие точки отсчета температуры
| Температура |
Цельсий |
Фаренгейт |
Кельвины |
Описание |
| Абсолютный ноль |
-273,15°C |
-459,67°F |
0 K |
Теоретическая температура, при которой прекращается все молекулярное движение |
| Жидкий азот |
-196°C |
-321°F |
77 K |
Обычный криогенный хладагент |
| Сухой лед (CO2) |
-78,5°C |
-109°F |
195 K |
Твердый диоксид углерода |
| Температура замерзания воды |
0°C |
32°F |
273,15 K |
Стандартная точка отсчета |
| Комнатная температура |
20-25°C |
68-77°F |
293-298 K |
Удобная температура в помещении |
| Температура тела человека |
37°C |
98,6°F |
310 K |
Средняя температура тела человека |
| Температура кипения воды |
100°C |
212°F |
373,15 K |
При стандартном атмосферном давлении |
| Испарение воды |
100°C |
212°F |
373,15 K |
Образование пара |
Практические применения
Приготовление пищи и выпечка
Рецепты из разных стран могут использовать разные температурные шкалы. Понимание преобразований необходимо для точных температур приготовления.
Научные исследования
Ученые по всему миру используют шкалы Цельсия и Кельвина для согласованности в исследованиях и обмене данными.
Путешествия и международное общение
При путешествиях или международном общении понимание преобразований температуры помогает интерпретировать прогнозы погоды и другую температурную информацию.
Инженерия и производство
Промышленные процессы часто требуют точного контроля температуры, а оборудование может быть откалибровано в разных шкалах.
Медицинские приложения
Медицинские устройства и исследования могут использовать разные температурные шкалы в зависимости от региональных стандартов и научных конвенций.
Советы по точному преобразованию температуры
- Используйте точную формулу: Для точных преобразований всегда используйте полную формулу, а не приближения
- Запомните ключевые точки отсчета: Запоминание общих температур (замерзание, кипение, комнатная температура, температура тела) помогает с оценкой
- Проверьте свою работу: По возможности проверяйте преобразования с помощью нескольких методов
- Используйте соответствующую точность: Не преувеличивайте точность в ваших результатах - если ваш ввод приблизителен, ваш вывод тоже должен быть
- Учитывайте значащие цифры: Поддерживайте соответствующие значащие цифры в научных расчетах
- Учитывайте контекст: Температуры воздуха не требуют той же точности, что и научные измерения
Преобразование температуры в программировании
При реализации преобразования температуры в программном обеспечении учитывайте:
- Использование арифметики с плавающей точкой для точности
- Обработка крайних случаев, таких как абсолютный ноль
- Обеспечение соответствующего округления для целей отображения
- Проверка входных данных для предотвращения недопустимых температур (например, ниже абсолютного нуля)
- Реализация всех общих формул преобразования для гибкости
Исторический контекст
Развитие температурных шкал отражает эволюцию научного понимания:
- Шкала Фаренгейта основывалась на смеси льда, воды и соли для нуля
- Цельсий первоначально имел 0 как точку кипения и 100 как точку замерзания
- Шкала Кельвина была разработана позже, чтобы обеспечить абсолютную температурную ссылку
- Современные шкалы теперь точно определены на основе фундаментальных физических констант
Понимание истории помогает объяснить, почему эти шкалы имеют свои конкретные точки отсчета и интервалы.
::