Các đơn vị đo lường nhiệt độ

CÁC ĐƠN VỊ ĐO LƯỜNG NHIỆT ĐỘ

Thuật ngữ độ được sử dụng trong một số thang đo nhiệt độ. Ký hiệu ° thông thường được sử dụng, tiếp theo sau nó là ký tự để chỉ đơn vị, ví dụ °C để chỉ độ Celsius (hay độ bách phân hoặc độ C).

Trong một số ngôn ngữ nước ngoài, như trong tiếng Anh, để chỉ sự chênh lệch nhiệt độ, đôi khi người ta còn sử dụng cách viết ngược lại; chẳng hạn 100 C°, hay “100 Celsius degrees”, là sực chênh lệch nhiệt độ, trong khi 100 °C, hay “100 degrees Celsius”, là nhiệt độ thực tế của vật hay chất đó. Có các loại đơn vị đo nhiệt độ sau:

• Độ Celsius (°C đọc là độ C hay độ bách phân)
• Độ Delisle (°De)
• Độ Fahrenheit (°F đọc là độ F)
• Độ Newton (°N)
• Độ Rankine (°R hay °Ra)
• Độ Réaumur (°R)
• Độ Rømer (°Rø)
• Độ Kelvin (°K) là tên gọi cũ của đơn vị đo lường của nhiệt độ trong SI. Từ năm 1967 nó đã được đơn giản hóa đi thành kelvin, với ký hiệu là K.

Một số định nghĩa về các đơn vị nhiệt độ.

1. Độ Celsius

°C hay độ C là đơn vị đo nhiệt độ được đặt tên theo nhà thiên văn học người Thụy Điển Anders Celsius (1701-1744).

Ông là người đầu tiên đề ra hệ thống đo nhiệt độ căn cứ theo trạng thái của nước với 100 độ là nước đá đông và 0 độ là nước sôi ở khí áp tiêu biểu (standard atmosphere) vào năm 1742.

Hai năm sau nhà khoa học Carolus Linnaeus đảo ngược hệ thống đó và lấy 0 độ là nước đá đông và 100 là nước sôi.

Hệ thống này được gọi là hệ thống centigrade tức bách phân và danh từ này được dùng phổ biến cho đến nay mặc dù kể từ năm 1948, hệ thống nhiệt độ này đã chính thức vinh danh nhà khoa học Celsius bằng cách đặt theo tên của ông.

Một lý do nữa Celsius được dùng thay vì centigrade là vì thuật ngữ “bách phân” cũng được sử dụng ở lục địa châu Âu để đo một góc phẳng bằng phần vạn của góc vuông.

Các loại đồng hồ đo nhiệt độ ở Việt Nam thường sử dụng đơn vị đo là độ C

2. Độ Kelvin

Trong hệ thống đo lường quốc tế, kelvin là một đơn vị đo lường cơ bản cho nhiệt độ. Nó được kí hiệu bằng chữ K.

Mỗi độ K trong nhiệt giai Kenvin (1K) bằng một độ trong nhiệt giai Celsius (1 °C) và 0 °C ứng với 273,15K.

Thang nhiệt độ này được lấy theo tên của nhà vật lý, kỹ sư người Ireland William Thomson, nam tước Kelvin thứ nhất.

Nhiệt độ trong nhiệt giai Kelvin đôi khi còn được gọi là nhiệt độ tuyệt đối, do °K ứng với nhiệt độ nhỏ nhất mà vật chất có thể đạt được.

Tại 0K, trên lý thuyết, mọi chuyển động nhiệt hỗn loạn đều ngừng.

Thực tế chưa quan sát được vật chất nào đạt tới chính xác0K; chúng luôn có nhiệt độ cao hơn °K một chút, tức là vẫn có chuyển động nhiệt hỗn loạn ở mức độ nhỏ. Ngay cả những trạng thái vật chất rất lạnh như ngưng tụ Bose-Einstein cũng có nhiệt độ lớn hơn °K.

Quan sát này phù hợp với nguyên lý bất định Heisenberg; nếu vật chất ở chính xác 0K, luôn tìm được hệ quy chiếu trong đó vận tốc chuyển động của chúng là 0 và vị trí không thay đổi, nghĩa là đo được chính xác cùng lúc vị trí và động lượng của hệ, vi phạm nguyên lý bất định.Nhiệt độ của hơi nước đang sôi là 546

Định nghĩa: Kelvin(K) là 1/273,16 của nhiệt độ nhiệt động lực học của điểm ba(điểm ba thể hay điểm ba pha) của nước(1967)

3. Độ Fahrenheit

Fahrenheit phát triển thang nhiệt độ của ông sau khi viếng thăm nhà thiên văn học người Đan mạch Ole Rømer ở Copenhagen. Fahrenheit chọn điểm số không trên thang nhiệt độ của ông là nhiệt độ thấp nhất của mùa đông năm 1708/1709, một mùa đông khắc nghiệt, ở thành phố Gdansk (Danzig) quê hương ông.

Bằng một hỗn hợp „nước đá, nước và Amoni clorid (NH4Cl)“ (còn gọi là hỗn hợp lạnh) sau đó ông có thể tạo lại điểm số không cũng như là điểm chuẩn thứ nhất (−17,8 °C) này. Fahrenheit muốn bằng cách đó tránh được nhiệt độ âm, như thường gặp ở thang nhiệt độ Rømer-Skala trong hoàn cảnh đời sống bình thường.

Năm 1714, ông xác định điểm chuẩn thứ hai là nhiệt độ đóng băng của nước tinh khiết (ở 32 °F) và điểm chuẩn thứ ba là “thân nhiệt của một người khỏe mạnh” (ở 96 °F).

Theo các tiêu chuẩn hiện nay thì các điểm chuẩn trên và dưới khó có thể tạo lại một cách thực sự chính xác được. Vì thế mà thang nhiệt độ này về sau đã được xác định lại theo hai điểm chuẩn mới là nhiệt độ đóng băng và nhiệt độ sôi của nước, tức là 32 °F và 212 °F.

Theo đó, thân nhiệt bình thường của con người sẽ là 98,6 °F (37 °C), chứ không phải là 96 °F (35,6 °C) như Fahrenheit đã xác định nữa.

Thang nhiệt độ Fahrenheit đã được sử dụng khá lâu ở Châu Âu, cho tới khi bị thay thế bởi thang nhiệt độ Celsius. Thang nhiệt độ Fahrenheit ngày nay vẫn được sử dụng rộng rãi ở Mỹ và một số quốc gia nói tiếng Anh khác.

Thang nhiệt độ Fahrenheit từng được sử dụng chủ yếu trong đo đạc thời tiết, công nghiệp và y tế ở hầu hết các nước nói tiếng Anh cho đến những năm 1960. Vào nửa cuối những năm 1960 và 1970, thang nhiệt độ Celsius dần dần được các chính phủ đưa vào sử dụng trong kế hoạch chuẩn hóa hệ thống đo lường.

Những người ủng hộ thang nhiệt độ Fahrenheit cho rằng sự phổ biến của nó trước kia là do yếu tố tiện dụng. Đơn vị của nó chỉ bằng 5⁄9 của một độ Celsius, cho phép thể hiện chính xác hơn các đo đạc nhiệt độ mà không cần sử dụng đến các đơn vị lẻ.

Ngoài ra, nhiệt độ không khí môi trường ở hầu hết các vùng cư dân trên thế giới thường cũng không vượt xa giới hạn từ 0 °F đến 100 °F, vì thế mà thang nhiệt độ Fahrenheit được cho là thể hiện nhiệt độ mà con người có thể cảm nhận được, thể hiện theo từng cấp 10 độ một trong hệ thống Fahrenheit.

Hơn nữa, đồng thời mức thay đổi nhiệt độ nhỏ nhất có thể cảm nhận được là một độ Fahrenheit, nghĩa là một người bình thường có thể nhận biết nếu có chênh lệch nhiệt độ ở mức chỉ một độ.

Nhưng cũng có những người ủng hộ thang nhiệt độ Celsius lập luận rằng hệ thống của họ cũng rất tự nhiên; ví dụ như họ có thể nói rằng nhiệt độ từ 0-10 °C là lạnh, 10-20 °C là mát mẻ, 20-30 °C là ấm áp và 30-40 °C là nóng.

Ở Mỹ, hệ thống Fahrenheit vẫn là hệ thống được chấp nhận là chuẩn cho mục đích phi khoa học. Mọi quốc gia khác đã áp dụng thang nhiệt độ chính là Celsius. Fahrenheit đôi khi vẫn được thế hệ cũ sử dụng, đặc biệt là để đo nhiệt độ ở các mức cao.

4. Nhiệt độ Planck

Tp: là một đơn vị đo lường trong hệ thống đo lường lanck, Nhiệt độ Planck được định nghĩa như sau:

Tp = (mp x c2) / k = Ѵ(h x c5) / (G x k2)

trong đó:

• Mp là khối lượng Planck
• k là hằng số Boltzmann
• h là hằng số Planck đơn giản
• G là hằng số trọng trường
• c là vận tốc ánh sáng trong chân không

Trong hệ thống đo lường quốc tế SI:

Tp = 1,41679 x 1023K

với sai số tương đối bằng 7,5×10−5.

Do đó nhiệt độ Planck có một trị số vô cùng to lớn.

Nhiệt độ Planck là nhiệt độ tối đa có một ý nghĩa dựa theo những lý thuyết vật lý hiện đại. Nó tương ứng với nhiệt độ của những lỗ đen khi những lỗ này bốc hơi hoặc với nhiệt độ của vũ trụ tức khắc ngay sau Vụ nổ lớn.

Bảng thang nhiệt độ

Bảng thang nhiệt độ

Thang

Độ Kelvin

Độ C (Celsius)

Độ Fahrenheit

Độ Rankine

Độ Delisle

Độ Newton

Độ Réaumur

Độ Rømer

Đơn vị

Độ Kelvin

Độ Celsius

Độ Fahrenheit

Độ Rankine

Độ Delisle

Độ Newton

Độ Réaumur

Độ Rømer

Ký hiệu

K

°C

°F

°Ra, °R

°De, °D

°N

°Ré, °Re, °R

°Rø

Điểm chuẩn thứ nhất F1

Điểm 0 tuyệt đối (T0) = 0 K

Điểm nóng chảy của nước (H2O) = 0°C

Hỗn hợp lạnh* = 0°F

Điểm 0 tuyệt đối (T0) = 0°Ra

Điểm nóng chảy của nước (H2O) = 150°De

Điểm nóng chảy của nước (H2O) = 0°N

Điểm nóng chảy của nước (H2O) = 0°Ré

Điểm nóng chảy của nước (H2O) = 7,5 °Rø

Điểm chuẩn thứ hai F2

Tt(H2O) = 273,16 K

Điểm sôi của nước (H2O) = 100°C

Thân nhiệt con người* = 96°F

–

Nhiệt độ bay hơi của nước (H2O) = 0 °De

Nhiệt độ bay hơi của nước (H2O) = 33 °N

Nhiệt độ bay hơi của nước (H2O) = 80 °Ré

Nhiệt độ bay hơi của nước (H2O) = 60 °Rø

Bước thang

(F2−F1) / 273,16

(F2−F1) / 100

(F2−F1) / 96

xem Fahrenheit

(F1−F2) / 150

(F2−F1) / 33

(F2−F1) / 80

(F2−F1) / 52,5

Người phát minh

William Thomson („Lord Kelvin“)

Anders Celsius

Daniel Fahrenheit

William Rankine

Joseph-Nicolas Delisle

Isaac Newton

René-Antoine Ferchault de Réaumur

Ole Rømer

Năm phát minh

1848

1742

1714

1859

1732

~ 1700

1730

1701

Vùng sử dụng

toàn cầu (Hệ đo lường quốc tế)

toàn cầu

Mỹ, Jamaica

Mỹ

Nga (thế kỷ 19)

–

Tây Âu tới thế kỷ 19

–

Bảng chuyển đổi giữa các thang nhiệt độ

Chuyển đổi giữa các thang nhiệt độ

thành từ

Độ Kelvin (K)

Độ C (Celsius) (°C)

Độ Réaumur (°Ré)

Độ Fahrenheit (°F)

TKelvin

= TK = Tc+ 273,15 = TRé· 1,25 + 273,15 = (TF+ 459,67) ÷ 1,8

TCelsius

= TK = Tc = TRé· 1,25 = (TF− 32) ÷ 1,8

TRéaumur

= (TK− 273,15) · 0,8 = Tc· 0,8 = TRé = (TF− 32) ÷ 2,25

TFahrenheit

= TK· 1,8 − 459,67 = Tc· 1,8 + 32 = TRé· 2,25 + 32 = TF

TRankine

= TK· 1,8 = Tc· 1,8 + 491,67 = TRé· 2,25 + 491,67 = TF+ 459,67

TRømer

= (TK;− 273,15) · 21/40 + 7,5 = Tc· 21/40 + 7,5 = TRé· 21/32 + 7,5 = (TF− 32) · 7/24 + 7,5

TDelisle

= (373,15 − TK) · 1,5 = (100 −Tc) · 1,5 = (80 − TRé) · 1,875 = (212 − TF) · 5/6

TNewton

= (TK− 273,15) · 0,33 = Tc· 0,33 = TRé· 0,4125 = (TF− 32) · 11/60