Celsius-fok (°C) – definíció, olvadás- és forráspont, SI-egység
Ismerd meg a Celsius-fok definícióját, olvadás- és forráspontjait, SI-státuszát és gyakorlati jelentőségét világos, érthető magyarázatokkal.
A Celsius (pontosabban Celsius-fok), néha Celsius fok, sok országban a hőmérséklet mérésére használt mértékegység. Ezt a mértékegységet Anders Celsius (1701–1744) svéd csillagász javasolta, ezért viseli a nevét.
Definíció és SI-helyzet
A Celsius-fok (jele: °C) nem az SI alapegysége, hanem belőle levezetett mértékegység. A hőmérséklet SI alapegysége a kelvin (K). Egy Celsius-fok nagysága megegyezik egy kelvinnel, azaz 1 °C = 1 K nagyságú lépés, de a két skála eltérő nullaponttal rendelkezik. A Celsius-skála konvenció szerint a Celsiust a kelvinnel kapcsoljuk össze a következő pontos összefüggéssel:
T(°C) = T(K) − 273,15
Olvadás- és forráspont
Szokásos referenciaértékek normál légköri (tengerszinti) nyomáson (101 325 Pa, azaz 1 atm) a tiszta víz esetében:
- 0 °C – a víz olvadáspontja (jég → víz).
- 100 °C – a víz forráspontja (víz → gőz).
Fontos megjegyezni, hogy ezek az értékek csak a megadott nyomáson érvényesek: nagyobb magasságban, kisebb légnyomáson a víz alacsonyabb hőmérsékleten forr. A modern mérési gyakorlatban a víz háromfázisú pontját (triple point) is használják pontos referenciaállapotként: a víz háromfázisú pontja 273,16 K, ami 0,01 °C-nak felel meg, de a Celsius definíciója ma a kelvinhez igazítva egyszerűsítetten T(°C)=T(K)−273,15.
Átváltás más skálákkal
Gyakran szükség van átváltásra a Celsius, kelvin és Fahrenheit között. A legfontosabb képletek:
- Kelvin → Celsius: T(°C) = T(K) − 273,15
- Celsius → Kelvin: T(K) = T(°C) + 273,15
- Celsius → Fahrenheit: T(°F) = T(°C) × 9/5 + 32
- Fahrenheit → Celsius: T(°C) = (T(°F) − 32) × 5/9
Érdekességek és gyakorlati példák
- Átlagos szoba- vagy lakáshőmérséklet: körülbelül 20–22 °C.
- Testhőmérséklet (ember): körülbelül 36,5–37,5 °C.
- Abszolút nulla: −273,15 °C (ez a kelvin-skálán a 0 K pontja).
- Fagyáspont és forráspont összehasonlítás a Fahrenheit-skálával: 0 °C = 32 °F, 100 °C = 212 °F.
Történet és elnevezés
A skála eredetileg a centigrade elnevezést viselte (latin eredetű, jelentése: száz lépés), mivel a két jellegzetes pont között száz részre osztották a skálát. 1948-ban a nemzetközi szabványosítás során a mértékegység neve hivatalosan Celsius lett, hogy elkerüljék a félreértést a centigrade (pl. a gon szögmértékkel) kapcsolatban, és hogy tisztelegjenek Anders Celsius emléke előtt.
Mérés és pontosság
A hőmérséklet mérésére szolgáló eszközök (pl. higany- vagy alkoholos hőmérők, digitális hőérzékelők, PT100 ellenállás-hőmérők) különböző pontosságúak lehetnek. Laboratóriumi körülmények között a kelvinhez való kapcsolás és a nemzetközi mérések alapján nagyon nagy pontosság érhető el; ipari vagy háztartási mérőeszközök esetén a pontosság általában kisebb.
Történelem
1742-ben Anders Celsius elkészítette a mai Celsius-féle hőmérsékleti skála "fordított" változatát. Ezen a skálán a nulla a víz forráspontja, a 100 pedig a jég olvadáspontja volt. Kísérleteiről a Két tartósan fennálló fokozat megfigyelései egy hőmérőn című tanulmányában írt. Kimutatta, hogy a jég olvadáspontját alapvetően nem befolyásolja a légnyomás. A jég ugyanolyan hőmérsékleten változott vízzé, akár a tengerszinten, akár egy hegyen volt. A víz forráspontjára ez nem volt igaz. Kevesebb nyomáson (egy hegyen) könnyebben forrna. Úgy döntött, hogy a hőmérsékleti skála nulláját (a víz forráspontját) a tengerszinten szokásos légnyomásnál állapítja meg. Ezt a nyomást egy atmoszférának nevezik. 1954-ben a 10. CGPM (Általános Súly- és Mértékügyi Konferencia) 4. határozata meghatározta, hogy pontosan mi az egy szabványos atmoszféra (101,325 kPa vagy 14,6959 psi).
1744-ben, Anders Celsius halálának évében a híres svéd botanikus, Carolus Linnaeus (1707-1778) Celsius skálájának fordított változatát használta, amikor megvásárolta első hőmérőjét. Ez olyan skálát tartalmazott, ahol a nulla a jég olvadáspontját, a 100 pedig a víz forráspontját jelentette, hasonlóan ahhoz, ahogyan ma használjuk. Az üvegházaiban használatos, egyedi "Linné-hőmérőt" Daniel Ekström, Svédország akkori vezető tudományos műszergyártója készítette. Ekström műhelye a stockholmi csillagvizsgáló alagsorában volt. Ahogy a modern kommunikáció előtti korban gyakran előfordult, számos fizikus, tudós és műszerész érdeme, hogy egymástól függetlenül készítették ugyanazt a mérőskálát; köztük volt Pehr Elvius, a Svéd Királyi Tudományos Akadémia titkára (amelynek műszerészműhelye volt), akivel Linnaeus is beszélt; Christin of Lyons; Daniel Ekström, a műszerész; és Mårten Strömer (1707-1770), aki Anders Celsiusnál tanult csillagászatot.
Az első ismert dokumentum, amely a hőmérsékletet ebben a modern "előremenő" Celsius-skálában közli, az 1745. december 16-án kelt Hortus Upsaliensis című írás, amelyet Linné egyik tanítványának, Samuel Nauclérnek írt. Ebben Linnaeus az Uppsalai Egyetem botanikus kertjében lévő narancsudában uralkodó hőmérsékletről számolt be:
...mivel a caldarium (az üvegház meleg része) az ablakok szögének köszönhetően, pusztán a napsugarak hatására, olyan hőt kap, hogy a hőmérő gyakran eléri a 30 fokot, bár a lelkes kertész általában ügyel arra, hogy ne emelkedjen 20-25 foknál magasabbra, télen pedig ne menjen 15 fok alá....
A következő 204 évben a tudományos és hőmérő közösségek világszerte ezt a skálát "centigráti skálának" nevezték. A Celsius-fokos skálán mért hőmérsékleteket gyakran "fok" vagy "Celsius-fok" néven jelentették. A hőmérsékletértékek jelzése ezen a skálán a °C volt (az évek során többféle formátumban is). Mivel a "centigrade" a spanyol és a francia nyelvben egy szögmérési egység (a derékszög századrésze) spanyol és francia neve is volt, és más nyelvekben is hasonló jelentéssel bírt, a "centimálfok" kifejezést akkor használták, amikor a nemzetközi kommunikációhoz nagyon pontos, egyértelmű nyelvezetre volt szükség, például a Nemzetközi Súly- és Mértékügyi Hivatal (BIPM) által. A 9. CGPM (Általános Súly- és Mértékügyi Konferencia) és a CIPM (Nemzetközi Súly- és Mértékügyi Bizottság) 1948-ban hivatalosan úgy döntött, hogy a "Celsius-fok" (jele: °C) kifejezést használja.
Három oka volt annak, hogy 1948-ban a Celsius szó használata mellett döntöttek:
- Az összes elterjedt hőmérsékleti skála egységét egy hozzájuk szorosan kapcsolódó személyről nevezték el - Kelvin, Celsius, Fahrenheit, Réaumur és Rankine.
- A °C szimbólum, amelyet évszázadokon át a Celsius-fok megnevezéssel együtt használtak, továbbra is használható volt, de mostantól Celsius-fokot jelentett. (Linnaeusnak fontos része volt a modern skála kialakításában, de Celsius fejlesztette ki először).
- Az új elnevezés azt jelentette, hogy a centigráda ismét csak a szögmérés francia nyelvű egységének elnevezését jelenthette.
Közel két évtizedbe telt azonban, mire az iskolai tankönyvekben a Celsius fokról Celsius fokra váltottak, és sokan még ma is a régi elnevezést használják.
Példák
- A Celsius-skálán a víz 0°-on fagy meg, 100°-on pedig forr.
- A szobahőmérséklet körülbelül 20 °C.
- Az abszolút nulla (a lehető leghidegebb hőmérséklet) -273,15 °C.
- Az Antarktiszon a tél -80 és -90 °C között lehet.
- Az emberi test hőmérséklete általában 37 °C.
Hőmérséklet-átváltások
- Ahhoz, hogy egy Celsius-fokos hőmérsékletet kelvinre váltsunk, 273,15-öt kell hozzáadni. Például a 0 Celsius-fok, amely a víz fagyási hőmérséklete, 273,15 kelvin.
- Ahhoz, hogy a kelvinben megadott hőmérsékletet Celsius-fokokká alakítsuk, 273,15-öt kell levonni. Például 310 K megfelel 36,85 °C-nak, ami körülbelül az emberi test hőmérsékletének felel meg.
- Ahhoz, hogy a Celsius-fokos hőmérsékletet Fahrenheit-fokossá alakítsuk, meg kell szorozni 9/5-tel, és hozzá kell adni 32-t: F = (9/5)C + 32.
- Ahhoz, hogy a Fahrenheit fokban mért hőmérsékletet Celsius fokra váltsuk, 32-t kell levonni, és az eredményt meg kell szorozni 5/9-cel: C = (F - 32) * 5/9.
Kérdések és válaszok
K: Mi az a Celsius?
V: A Celsius egy mértékegység, amelyet számos országban a hőmérséklet mérésére használnak.
K: Ki alkotta meg a Celsiust?
V: A Celsiust Anders Celsius svéd csillagász alkotta meg.
K: Mennyi a tiszta víz olvadáspontja Celsiusban?
V: A tiszta víz olvadáspontja tengerszinten Celsiusban kifejezve 0 fok.
K: Mennyi a víz forráspontja Celsiusban?
V: A víz forráspontja normál nyomáson Celsius-fokban 100 fok, de meg kell jegyezni, hogy a víz nagyobb magasságban alacsonyabb hőmérsékleten forr.
K: Milyen összefüggés van 1 Celsius-fok és a víz forrás- és olvadáspontja közötti különbség között?
V: 1 °C a víz forrás- és olvadáspontja közötti különbség egy századrésze (100. része).
K: Mikor kapta a Celsius egység a nevét?
V: 1948 óta a mértékegység neve "Celsius".
K: Mi volt a Celsius egység neve az 1948-as átnevezés előtt?
V: Az 1948-as változás előtt a Celsius egységet "centi" néven emlegették, a "centi" jelentése 1/100, a "fok" pedig egy skála.
Keres