Celzijeva lestvica (°C): definicija, zgodovina in uporaba
Celzijeva lestvica (°C): definicija, zgodovina in uporaba – izvor, merjenje, pretvorbe in praktični primeri uporabe temperature v znanosti in vsakdanjem življenju
Celzij (stopinja Celzija) je enota za merjenje temperature, ki jo uporablja večina držav po svetu. Ustvaril jo je Anders Celsius (1701–1744), švedski astronom. V splošni rabi označujemo temperaturo v stopinjah Celzija z znakom °C.
Definicija
Celzijeva lestvica temelji na dveh referenčnih točkah čiste vode pri standardnem atmosferskem tlaku (1 atm): 0 °C je tališče (ledIšče) čiste vode na morski gladini (pri normalnem tlaku), medtem ko je 100 °C vrelišče vode pri istem tlaku. Ena stopinja Celzija (1 °C) predstavlja 1/100 razlike med tema dvema točkama.
Pomembno je vedeti, da se vrelišče vode spreminja z atmosferskim tlakom (na višjih nadmorskih višinah voda vre pri nižji temperaturi) in da prisotnost raztopin ali nečistoč spremeni tališče in vrelišče.
Zgodovina imena in lestvice
Anders Celsius je predlagal temperaturno lestvico z dvema točkama, vendar je njegova prvotna lestvica postavila 0 pri vrelišču in 100 pri ledišču. Po njegovi smrti so lestvico obrnili, da je 0 °C ledišče in 100 °C vrelišče, kar je postalo običajna razporeditev.
Pred letom 1948 se je enota pogosto imenovala centigrade (kar izhaja iz latinskega centum = sto in gradus = stopnja). Leta 1948 je Mednarodna konferenca za uteži in mere (CGPM) priporočila ime stopinja Celzija (degree Celsius) za enoto, da bi se izognili zamenjavi z drugimi enotami (npr. "grade" za kota) in da bi se počastilo avtorja lestvice.
Povezava s kelvinom in absolutna ničla
V mednarodnem sistemu enot (SI) je osnovna enota za temperaturo kelvin (K). Razlika v vrednosti med stopinjo Celzija in kelvinom je enaka: sprememba za 1 °C je enaka spremembi za 1 K. Razlika je le ničelna točka:
- Kelvin: 0 K je absolutna ničla.
- Povezava: T (K) = T (°C) + 273,15. Torej je absolutna ničla enaka −273,15 °C.
Pretvorbe v druge lestvice
Najpogostejša pretvorba je v Fahrenheitovo lestvico. Osnovne formule so:
- °C → K: K = °C + 273,15
- °C → °F: °F = °C × 9/5 + 32
- °F → °C: °C = (°F − 32) × 5/9
Primer: 20 °C = 20 × 9/5 + 32 = 68 °F; 20 °C = 293,15 K.
Uporaba in merjenje
Celzijeva lestvica se uporablja na vsakodnevnem nivoju (vreme, kuhanje, temperatura prostorov), v medicini (telesna temperatura), v industriji in v znanstvenem delu. Tipični instrumenti za merjenje temperature so termometer z živo srebro ali barvilom (alkohol), digitalni termometri, termoelementi (termokaplice), upornostni temperaturni detektorji (RTD) in infrardeči senzorji. Izbira merilnega postopka je odvisna od zahtevanega obsega, natančnosti in pogojev merjenja.
Zaključek
Celzijeva lestvica je preprosta, decimalna in dobro prilagojena metričnemu sistemu, zato je po vsem svetu v široki uporabi. Čeprav je v SI osnovna enota kelvin, je stopinja Celzija praktična za vsakodnevno rabo in za številne tehnične ter znanstvene aplikacije.
Enota za merjenje, temperatura, tališče, vrelišče
Zgodovina
Leta 1742 je Anders Celsius izdelal "obrnjeno" različico sodobne Celsijeve temperaturne lestvice. V tej lestvici je bila ničla vrelišče vode, 100 pa tališče ledu. V svojem članku Opazovanja dveh stalnih stopinj na termometru je opisal svoje poskuse. Pokazal je, da zračni tlak v bistvu ne vpliva na tališče ledu. Led bi se spremenil v vodo pri enaki temperaturi, ne glede na to, ali bi bil na morski gladini ali na gori. To pa ni veljalo za vrelišče vode. Voda bi lažje zavrela pri manjšem tlaku (na gori). Odločil se je, da bo ničla na njegovi temperaturni lestvici (vrelišče vode) določena pri standardnem barometričnem tlaku na ravni morja. Ta tlak je znan kot ena atmosfera. Leta 1954 je Resolucija 4 10. Generalne konference za uteži in mere (CGPM) določila, kaj natančno je ena standardna atmosfera (101,325 kPa ali 14,6959 psi).
Leta 1744, ko je umrl Anders Celsius, je slavni švedski botanik Carolus Linnaeus (1707-1778) pri nakupu svojega prvega termometra uporabil obrnjeno različico Celsijeve lestvice. Ta je imel lestvico, na kateri je nič pomenilo tališče ledu, 100 pa vrelišče vode, podobno kot jo uporabljamo danes. Njegov "Linnaeusov termometer", ki ga je uporabljal v svojih rastlinjakih, je po meri izdelal Daniel Ekström, takrat vodilni švedski izdelovalec znanstvenih instrumentov. Ekstömova delavnica je bila v kleti stockholmskega observatorija. Kot se je pogosto dogajalo v tej dobi pred modernimi komunikacijami, je veliko fizikov, znanstvenikov in izdelovalcev instrumentov neodvisno izdelalo isto merilno skalo; med njimi so bili Pehr Elvius, tajnik Švedske kraljeve akademije znanosti (ki je imela delavnico za izdelavo instrumentov), s katerim se je pogovarjal tudi Linneus, Christin iz Lyona, izdelovalec instrumentov Daniel Ekström in Mårten Strömer (1707-1770), ki je študiral astronomijo pri Andersu Celsiju.
Prvi znani dokument, v katerem so temperature navedene v tej sodobni "napredni" Celzijevi lestvici, je dokument Hortus Upsaliensis z datumom 16. december 1745, ki ga je Linneus napisal svojemu študentu Samuelu Nauclerju. V njem je poročal o temperaturah v oranžeriji botaničnega vrta Univerze v Uppsali:
...saj se v kaldariju (vročem delu rastlinjaka) zaradi naklona oken in zgolj zaradi sončnih žarkov segreje tako, da termometer pogosto doseže 30 stopinj, čeprav zagreti vrtnarji običajno pazijo, da se temperatura ne dvigne na več kot 20 do 25 stopinj, pozimi pa ne pod 15 stopinj...
Naslednjih 204 let so znanstvene in termometrične skupnosti po vsem svetu to lestvico imenovale "stopinjska lestvica". Temperature na stopinjski lestvici so bile pogosto navedene kot "stopinje" ali "stopinje Celzija". Simbol za vrednosti temperature na tej lestvici je bil °C (v več oblikah skozi leta). Ker je bilo ime "centigrade" tudi špansko in francosko ime za enoto za merjenje kota (stotina pravega kota) in je imelo podoben pomen v drugih jezikih, so izraz "stopinja centigrada" uporabljali, kadar je bil za mednarodno komunikacijo potreben zelo natančen in jasen jezik, na primer Mednarodni urad za uteži in mere (BIPM). 9. Generalna konferenca za uteži in mere (CGPM) in Mednarodni odbor za uteži in mere (CIPM) sta se leta 1948 uradno odločila za uporabo "stopinje Celzija" (simbol: °C).
Leta 1948 so se za uporabo besede Celzij odločili iz treh razlogov:
- Vse običajne temperaturne lestvice so imele svoje enote po nekom, ki je bil z njimi tesno povezan: Kelvin, Celzij, Fahrenheit, Réaumur in Rankine.
- Simbol °C, ki se je stoletja uporabljal v povezavi z imenom centigrade, se je lahko še naprej uporabljal, vendar je zdaj pomenil Celzij. (Linnaeus je imel pomemben del sodobne lestvice, vendar jo je prvi razvil Celzij).
- Novo ime je pomenilo, da je centigrade spet lahko pomenil le francosko ime za enoto za merjenje kota.
Vendar je trajalo skoraj dve desetletji, da so v šolskih učbenikih iz stopinj Celzija prešli na stopinje Celzija, in mnogi ljudje še danes uporabljajo staro ime.
Primeri
- Na Celzijevi lestvici voda zamrzne pri 0° in zavre pri 100°.
- Sobna temperatura je približno 20 °C.
- Absolutna ničla (najhladnejša možna temperatura) je -273,15 °C.
- Na Antarktiki je pozimi lahko od -80 do -90 °C.
- Človeška telesna temperatura je običajno 37 °C.
Pretvorbe temperature
- Če želimo temperaturo v stopinjah Celzija pretvoriti v kelvine, moramo dodati 273,15. Na primer, 0 stopinj Celzija, pri kateri voda zamrzne, je 273,15 kelvinov.
- Če želimo temperaturo v kelvinih pretvoriti v stopinje Celzija, moramo odšteti 273,15. Na primer, 310 K je enaka temperaturi 36,85 °C, kar je približno temperatura človeškega telesa.
- Če želite temperaturo v stopinjah Celzija spremeniti v stopinje Fahrenheita, jo morate pomnožiti z 9/5 in dodati 32: F = (9/5)C + 32.
- Če želite temperaturo v stopinjah Fahrenheita pretvoriti v stopinje Celzija, morate odšteti 32 in rezultat pomnožiti s 5/9: C = (F - 32) * 5/9.
Vprašanja in odgovori
V: Kaj je Celzij?
O: Celzij je merska enota, ki se v številnih državah uporablja za merjenje temperature.
V: Kdo je ustvaril Celzij?
O: Celzija je ustvaril Anders Celsius, švedski astronom.
V: Kakšno je tališče čiste vode v Celziju?
O: Tališče čiste vode na morski gladini v Celziju je 0 stopinj.
V: Kakšno je vrelišče vode v stopinjah Celzija?
O: Temperatura vrelišča vode pri normalnem tlaku v stopinjah Celzija je 100 stopinj, vendar je treba upoštevati, da voda na višjih nadmorskih višinah vre pri nižji temperaturi.
V: Kakšno je razmerje med 1 °C in razliko med vreliščem in tališčem vode?
O: 1 °C je ena stotina (100. del) razlike med vreliščem in tališčem vode.
V: Kdaj je enota Celzij dobila svoje ime?
O: Od leta 1948 se enota imenuje "Celzij".
V: Kako se je imenovala enota Celzij, preden so jo leta 1948 preimenovali?
O: Pred spremembo leta 1948 se je enota Celzij imenovala "centi", pri čemer "centi" pomeni 1/100, "grade" pa lestvico.
Iskati