Κλίμακα Κελσίου

Ιστορία

Το 1742, ο Άντερς Κέλσιος δημιούργησε μια "αντίστροφη" έκδοση της σύγχρονης κλίμακας θερμοκρασίας Κελσίου. Στην κλίμακα αυτή, το μηδέν ήταν το σημείο βρασμού του νερού και το 100 το σημείο τήξης του πάγου. Στην εργασία του Παρατηρήσεις δύο επίμονων βαθμών σε ένα θερμόμετρο, έγραψε για τα πειράματά του. Έδειξε ότι το σημείο τήξης του πάγου ήταν ουσιαστικά ανεπηρέαστο από την πίεση του αέρα. Ο πάγος μετατρεπόταν σε νερό στην ίδια θερμοκρασία, είτε βρισκόταν στο επίπεδο της θάλασσας είτε σε ένα βουνό. Αυτό δεν ίσχυε για το σημείο βρασμού του νερού. Θα έβραζε ευκολότερα με λιγότερη πίεση (σε ένα βουνό). Αποφάσισε ότι το μηδέν στην κλίμακα θερμοκρασίας του (το σημείο βρασμού του νερού) θα οριστεί στην τυπική βαρομετρική πίεση στο επίπεδο της θάλασσας. Η πίεση αυτή είναι γνωστή ως μία ατμόσφαιρα. Το 1954, το ψήφισμα 4 της 10ης CGPM (Γενική Διάσκεψη για τα βάρη και τα μέτρα) καθόρισε τι ακριβώς είναι μία τυπική ατμόσφαιρα (101,325 kPa ή 14,6959 psi).  

Το 1744, τη χρονιά που πέθανε ο Άντερς Κέλσιος, ο διάσημος Σουηδός βοτανολόγος Κάρολος Λινναίος (1707-1778) χρησιμοποίησε μια αντίστροφη εκδοχή της κλίμακας του Κέλσιου όταν αγόρασε το πρώτο του θερμόμετρο. Αυτό είχε μια κλίμακα όπου το μηδέν αντιπροσώπευε το σημείο τήξης του πάγου και το 100 το σημείο βρασμού του νερού, παρόμοια με αυτή που χρησιμοποιούμε σήμερα. Το κατά παραγγελία "θερμόμετρο του Λινναίου", για να το χρησιμοποιεί στα θερμοκήπια του, κατασκευάστηκε από τον Daniel Ekström, τον τότε κορυφαίο κατασκευαστή επιστημονικών οργάνων της Σουηδίας. Το εργαστήριο του Ekstöm βρισκόταν στο υπόγειο του αστεροσκοπείου της Στοκχόλμης. Όπως συνέβαινε συχνά σε αυτή την εποχή πριν από τις σύγχρονες επικοινωνίες, πολλοί φυσικοί, επιστήμονες και κατασκευαστές οργάνων πιστώνονται ότι κατασκεύασαν ανεξάρτητα την ίδια κλίμακα μέτρησης- μεταξύ αυτών ήταν ο Pehr Elvius, γραμματέας της Βασιλικής Σουηδικής Ακαδημίας Επιστημών (η οποία διέθετε εργαστήριο οργάνων), με τον οποίο είχε επίσης μιλήσει ο Λινναίος, ο Christin της Λυών, ο Daniel Ekström, ο κατασκευαστής οργάνων, και ο Mårten Strömer (1707-1770), ο οποίος είχε σπουδάσει αστρονομία υπό τον Anders Celsius.

Το πρώτο γνωστό έγγραφο που αναφέρει θερμοκρασίες σε αυτή τη σύγχρονη "εμπροσθοβαρή" κλίμακα Κελσίου είναι το έγγραφο Hortus Upsaliensis, με ημερομηνία 16 Δεκεμβρίου 1745, το οποίο ο Λινναίος έγραψε σε έναν μαθητή του, τον Samuel Nauclér. Σε αυτό, ο Λινναίος ανέφερε τις θερμοκρασίες στο εσωτερικό του πορτοκαλεώνα του Βοτανικού Κήπου του Πανεπιστημίου της Ουψάλα:

...δεδομένου ότι το caldarium (το θερμό μέρος του θερμοκηπίου) από τη γωνία των παραθύρων, μόνο από τις ακτίνες του ήλιου, αποκτά τέτοια θερμότητα που το θερμόμετρο φτάνει συχνά τους 30 βαθμούς, αν και ο ενθουσιώδης κηπουρός φροντίζει συνήθως να μην το αφήνει να ανέβει πάνω από 20 έως 25 βαθμούς, και το χειμώνα όχι κάτω από 15 βαθμούς...

Για τα επόμενα 204 χρόνια, οι επιστημονικές και θερμομετρικές κοινότητες παγκοσμίως ονόμασαν την κλίμακα αυτή "κλίμακα εκατοντάβαθμης θερμοκρασίας". Οι θερμοκρασίες στην εκατοντάβαθμη κλίμακα αναφέρονταν συχνά ως "βαθμοί" ή "βαθμοί εκατοντάβαθμοι". Το σύμβολο για τις τιμές της θερμοκρασίας σε αυτή την κλίμακα ήταν °C (σε διάφορες μορφές με την πάροδο των ετών). Επειδή η ονομασία "εκατοντάβαθμος" ήταν επίσης η ισπανική και η γαλλική ονομασία μιας μονάδας μέτρησης γωνίας (το ένα εκατοστό μιας ορθής γωνίας) και είχε παρόμοια σημασία σε άλλες γλώσσες, ο όρος "εκατοντάβαθμος" χρησιμοποιούνταν όταν απαιτούνταν πολύ ακριβής και σαφής γλώσσα για τη διεθνή επικοινωνία, όπως από το Διεθνές Γραφείο Μέτρων και Σταθμών (BIPM). Η 9η CGPM (Γενική Διάσκεψη για τα Βάρη και τα Μέτρα) και η CIPM (Διεθνής Επιτροπή για τα Βάρη και τα Μέτρα) αποφάσισαν επίσημα να χρησιμοποιούν τον όρο "βαθμός Κελσίου" (σύμβολο: °C) το 1948.

Υπήρχαν τρεις λόγοι για την απόφαση του 1948 να χρησιμοποιηθεί η λέξη Κελσίου:

1. Όλες οι κοινές κλίμακες θερμοκρασίας θα έχουν τις μονάδες τους με το όνομα κάποιου που συνδέεται στενά με αυτές - Kelvin, Celsius, Fahrenheit, Réaumur και Rankine.
2. Το σύμβολο °C που επί αιώνες χρησιμοποιούνταν σε συνδυασμό με την ονομασία εκατοντάβαθμος μπορούσε να συνεχίσει να χρησιμοποιείται, αλλά τώρα σήμαινε Κελσίου. (Ο Λινναίος είχε ένα σημαντικό μέρος της σύγχρονης κλίμακας, αλλά ο Κέλσιος την ανέπτυξε πρώτος).
3. Η νέα ονομασία σήμαινε ότι η εκατοντάβαθμη ζώνη μπορούσε να σημαίνει και πάλι μόνο το γαλλικό όνομα της μονάδας μέτρησης της γωνίας.

Ωστόσο, χρειάστηκαν σχεδόν δύο δεκαετίες για να αλλάξουν τα σχολικά εγχειρίδια από εκατοντάβαθμο σε Κελσίου, και πολλοί άνθρωποι χρησιμοποιούν ακόμη και σήμερα την παλιά ονομασία.

Παραδείγματα

• Στην κλίμακα Κελσίου, το νερό παγώνει στους 0° και βράζει στους 100°.
• Η θερμοκρασία δωματίου είναι περίπου 20 °C.
• Το απόλυτο μηδέν (η ψυχρότερη δυνατή θερμοκρασία) είναι -273,15 °C.
• Οι χειμώνες στην Ανταρκτική μπορεί να κυμαίνονται μεταξύ -80 και -90 °C.
• Η θερμοκρασία του ανθρώπινου σώματος είναι συνήθως 37 °C.

Μετατροπές θερμοκρασίας

• Για να μετατρέψει κάποιος μια θερμοκρασία σε βαθμούς Κελσίου σε kelvin πρέπει να προσθέσει 273,15. Για παράδειγμα, οι 0 βαθμοί Κελσίου, που είναι η θερμοκρασία στην οποία παγώνει το νερό, είναι 273,15 kelvin.
• Για να μετατρέψει κάποιος μια θερμοκρασία σε kelvins σε βαθμούς Κελσίου πρέπει να αφαιρέσει 273,15. Για παράδειγμα, 310 Κ είναι η ίδια θερμοκρασία με 36,85 °C, που είναι περίπου η θερμοκρασία του ανθρώπινου σώματος.
• Για να μετατρέψει κάποιος μια θερμοκρασία σε βαθμούς Κελσίου σε βαθμούς Φαρενάιτ πρέπει να την πολλαπλασιάσει με 9/5 και να προσθέσει 32: F = (9/5)C + 32.
• Για να μετατρέψει κάποιος μια θερμοκρασία σε βαθμούς Φαρενάιτ σε βαθμούς Κελσίου πρέπει να αφαιρέσει το 32 και να πολλαπλασιάσει το αποτέλεσμα με 5/9: C = (F - 32) * 5/9.