Teplota – srovnávací tabulka

Srovnávací tabulka ukazuje shodu mezi pěti teplotními stupnicemi v klíčových bodech: absolutní nula (0 K), bod mrazu vody (0 °C), bod varu vody při atmosférickém tlaku (100 °C) a referenční hodnota 0 °F.

Teplota je makroskopická veličina vyjadřující střední kinetickou energii částic látky. Vědecky převažují dvě stupnice: kelvin (K) jako základní jednotka SI s nulou v absolutní nule a stupeň Celsia (°C) s nulou v bodu mrazu vody. Velikost obou stupňů je shodná, liší se jen posunem počátku o 273,15. Fahrenheit (°F) a Rankine (°R) tvoří analogickou dvojici v anglosaském světě (Rankine je absolutní obdoba Fahrenheita). Réaumur (°Ré) je historická francouzská stupnice dělící rozsah mraz–var vody na 80 dílků.

Srovnávací tabulka jednotek teploty.
Kelvin
[K]		 Celsius
[°C]		 Fahrenheit
[°F]		 Rankine
[°R]		 Réaumur
[°Ré]
0 −273,15 −459,67 0 −218,52
255,37−17,770 459,67 −14,22
273,15032 491,67 0
373,15100212 671,67 80

Jak tabulku používat

Každý řádek odpovídá jednomu fyzikálnímu stavu, sloupec jedné stupnici – přečtení libovolné dvojice tedy odpovídá přepočtu mezi stupnicemi v tomto stavu. Tučné nuly označují, kde má daná stupnice počátek.

Pro libovolný přepočet (i mimo tyto referenční body) slouží samostatná stránka se vzorci a převodníkem.

Klíčové teplotní body

Tabulka výše uvádí pět hlavních teplotních referencí. Pro orientaci v běžné praxi jsou nejdůležitější:

Pět teplotních stupnic

Kelvin (K) – 1848
Absolutní termodynamická stupnice, základní jednotka SI. Zavedl ji William Thomson, lord Kelvin v práci On an Absolute Thermometric Scale. Nulový bod (0 K = −273,15 °C) je absolutní nula – teoretické minimum tepelné energie, kterého nelze dosáhnout. Velikost stupně je shodná s Celsiem.
Celsius (°C) – 1742
Setinná stupnice navržená švédským astronomem Andersem Celsiem. Původně měl Celsius škálu obrácenou – 0° pro var vody, 100° pro mraz. Kolem roku 1744 ji do dnešní podoby obrátil Carl Linnaeus (a podle dochovaných pramenů nezávisle na něm i další, mj. Jean-Pierre Christin a výrobce přístrojů Daniel Ekström). Celsius je dnes celosvětově nejrozšířenější teplotní stupnicí.
Fahrenheit (°F) – 1724
Stupnice Daniela Gabriela Fahrenheita, fyzika narozeného v Gdaňsku (tehdy v Polsko-litevské unii), který strávil většinu života v Nizozemí. Bod mrazu vody = 32 °F, bod varu vody = 212 °F (tedy 180 stupňů mezi nimi). Používá se hlavně ve Spojených státech.
Rankine (°R) – 1859
Absolutní stupnice s velikostí stupně shodnou s Fahrenheitem. Zavedl ji skotský inženýr a fyzik William John Macquorn Rankine. Používá se v americkém strojním inženýrství a termodynamice.
Réaumur (°Ré) – 1730
Stupnice francouzského přírodovědce Reného Antoina Ferchaulta de Réaumur. Bod mrazu vody = 0°, bod varu vody = 80°. Dnes je téměř nepoužívaná; historicky byla rozšířena ve Francii, Německu, Rusku a v Itálii. V italské tradiční výrobě tvrdého sýra Parmigiano-Reggiano se Réaumurovým teploměrem řídí ohřev tvarohu dodnes.

Definice kelvinu a redefinice 2019

Současná definice kelvinu, platná od 20. května 2019, váže jednotku teploty na Boltzmannovu konstantu s přesně stanovenou hodnotou:

k = 1,380 649 · 10⁻²³ J·K⁻¹

Z fyzikálního pohledu tato definice fixuje, jaké množství tepelné energie odpovídá jednomu kelvinu: 1 K = (1,380 649 · 10⁻²³) J vztaženo na jednu částici. Kelvin tak přestal být svázán s vlastnostmi vody – stejně jako metr od roku 1983 přestal být svázán s fyzickým prototypem a byl definován přes rychlost světla.

Předchozí definice z roku 1954 (10. CGPM) určovala kelvin jako 1/273,16 termodynamické teploty trojného bodu vody. Tento referenční bod (přesně 273,16 K = 0,01 °C při tlaku 611,657 Pa) je jediný stav, ve kterém koexistují led, kapalná voda a vodní pára v termodynamické rovnováze. Po redefinici v roce 2019 zůstal v praxi reprodukovatelným kalibračním bodem, ale jeho hodnota 273,16 K už není přesná definicí – je naměřená s nejistotou řádu 10⁻⁷.

Zlomová byla i přesnost měření: hodnota Boltzmannovy konstanty byla pro redefinici fixována na základě nezávislých metod akustické termometrie a dielektrické termometrie plynů s relativní nejistotou pod 10⁻⁶. Definice tak teplotu odvozuje přímo z univerzální fyzikální konstanty, bez vazby na konkrétní látku.

Časté otázky

Jak převést stupně Celsia na kelviny?
Přičtením 273,15: T(K) = t(°C) + 273,15. Velikost stupně je v obou stupnicích stejná, mění se jen počátek. Příklad: 25 °C = 298,15 K.
Jak převést Celsius na Fahrenheit?
Vztahem t(°F) = t(°C) · 9/5 + 32. Fahrenheitův stupeň je 5/9 stupně Celsia, posun bodu mrazu je 32 °F. Příklad: 100 °C = 100·1,8 + 32 = 212 °F.
Proč 0 °F neodpovídá žádné „přirozené" teplotě?
Fahrenheit kalibroval nulu na teplotu eutektické směsi vody, ledu a chloridu amonného – nejnižší teplotu, kterou tehdy dokázal reprodukovatelně vyrobit. Pozdější předefinování stupnice přes dva pevné body (32 °F a 212 °F) hodnotu nuly mírně posunulo, takže 0 °F dnes odpovídá −17,77 °C, nikoli původně předpokládané přesné teplotě směsi.
Proč je absolutní nula 0 K nedosažitelná?
Plyne to ze třetího termodynamického zákona (Nernstova věta): k dosažení 0 K by bylo nutné odebrat soustavě veškerou entropii konečným počtem operací, což není možné. Lze se k ní libovolně přibližovat – současný laboratorní rekord je 38 pK.
Která stupnice z tabulky má největší stupeň?
Réaumur. Mezi mrazem a varem vody má 80 dílků, takže 1 °Ré = 1,25 °C. Naopak nejmenší stupeň má Fahrenheit a Rankine (180 dílků mezi mrazem a varem, 1 °F = 5/9 °C).
Proč se kelvin nepíše jako stupeň?
Kelvin je základní jednotka SI a v roce 1967 (13. CGPM) byl zápis sjednocen: jen K, bez znaménka stupně a bez slova „stupeň". Stupeň Celsia (°C), Fahrenheita (°F) a ostatní historické stupnice znaménko stupně používají.

Související

Životopisy