Kaava
Miten lämpötila muunnetaan asteikkojen välillä
Celsius, Fahrenheit ja Kelvin mittaavat samaa asiaa eri nollakohdilla ja eri asteikon tiheydellä. Celsius-asteikko asettaa nollan veden jäätymispisteeseen, Fahrenheit asettaa saman pisteen kohtaan 32, ja Kelvin alkaa absoluuttisesta nollapisteestä eli kylmimmästä fysikaalisesti mahdollisesta lämpötilasta, käyttäen samankokoista astetta kuin Celsius. Koska Celsiuksen ja Fahrenheitin välillä on sekä kiinteä siirtymä että kiinteä suhde, muunnos onnistuu yksinkertaisella lineaarisella kaavalla: kerro Celsius-arvo yhdeksällä viidesosalla ja lisää 32. Kelviniin siirtyminen on vieläkin suoraviivaisempaa, sillä se on Celsius siirrettynä tasan 273,15 astetta ilman kertolaskua, koska yhden asteen muutos on saman kokoinen molemmilla asteikoilla.
Miksi lämpötila-asteikkoja on kolme
Kolme asteikkoa ovat säilyneet käytössä eri syistä. Fahrenheit oli vakiintunut englanninkielisen tieteen ja kaupan käyttöön jo ennen kuin Celsius esiteltiin vuonna 1742, ja Yhdysvallat ei koskaan siirtynyt kokonaan metrijärjestelmään toisin kuin suurin osa muusta englanninkielisestä maailmasta. Kelvin taas on tiedemaailman valinta, koska fysiikan kaavat — kaasulait, termodynamiikka, säteily — toimivat suoraan absoluuttisissa arvoissa, joissa nolla tarkoittaa täydellistä lämpöliikkeen puuttumista. Celsiuksella ei ole tällaista nollaa, joten sen käyttäminen näissä kaavoissa vaatisi 273,15:n lisäämistä käsin joka kerta.
Laskuesimerkki
Oletusarvo 20 °C muuntuu kaavalla °F = (20 × 9⁄5) + 32 arvoksi 68 °F, ja Kelvin-arvoksi 20 + 273,15 = 293,15 K. Nämä kolme lukua — 20 °C, 68 °F ja 293,15 K — kuvaavat täsmälleen samaa lämpötilaa kolmella eri asteikolla.
Tuloksen tulkinta
Muutama kiintopiste kannattaa opetella ulkoa: 0 °C on 32 °F on 273,15 K (jäätymispiste), 37 °C on noin 98,6 °F on 310,15 K (kehon lämpötila), ja 100 °C on 212 °F on 373,15 K (kiehumispiste merenpinnan tasolla). Yksi yllättävä yksityiskohta: Fahrenheit ja Celsius kohtaavat toisensa kohdassa −40°, jossa molemmat asteikot näyttävät saman luvun. Tämä ei ole sattuma vaan seuraa suoraan lineaarisen muunnoskaavan kiintopisteestä, ja se pätee mihin tahansa vastaavanrakenteiseen asteikkopariin.
Fahrenheit oli olemassa noin kaksi vuosikymmentä ennen Celsiusta ja oli jo vakiintunut englanninkielisen tieteen ja kaupan käyttöön, kun Celsius esiteltiin vuonna 1742. Suurin osa englanninkielisestä maailmasta siirtyi metrijärjestelmään ja Celsiukseen 1900-luvulla, mutta Yhdysvallat ei viimeistellyt siirtymää, joten Fahrenheit jäi siellä arkikäyttöön.
Lämpötilaan liittyvät fysiikan kaavat — kaasulait, termodynamiikka, säteily — toimivat suoraan absoluuttisissa arvoissa, joissa nolla tarkoittaa täydellistä lämpöliikkeen puuttumista. Celsiuksella ei ole vastaavaa nollaa (0 °C on vain veden jäätymispiste, mielivaltainen vertailukohta), joten sen käyttäminen näissä kaavoissa vaatisi 273,15:n lisäämistä käsin joka kerta. Kelvin poistaa tämän välivaiheen.