FHSST 物理學/單位/溫度

溫度

在日常生活中，許多人用攝氏度測量溫度。但在物理學中，我們更喜歡使用從絕對零度（-273.15 °C）開始的開氏溫標。

眾所周知，攝氏溫度可以為負值。這可能表明任何數字都是有效的溫度。實際上，氣體的溫度是構成氣體粒子的平均動能的量度。當我們降低溫度時，粒子的運動會減弱，直到達到所有運動停止的點。發生這種情況的溫度稱為絕對零度。不存在比這更冷的物理溫度。在攝氏度中，絕對零度為 -273.15 °C。在開氏溫標中，水的正常冰點 0 °C 因此為 273.15 K

物理學家定義了一個新的溫度尺度，稱為開氏溫標。在這個尺度中，絕對零度為 0 K，不允許負溫度。一個開爾文單位的大小與一個攝氏度單位的大小完全相同。這意味著溫度變化 1 開爾文等於溫度變化 1 攝氏度——這些尺度只是從不同的地方開始。想象兩把梯子，它們的臺階大小相同，但攝氏度梯子的最下面一級標為 -273.15，而開氏度梯子的第一級標為 0。在水結冰和沸騰的點之間仍然有 100 個“臺階”或度數（攝氏度或開爾文），當它在 1.0 個大氣壓下時（如果氣壓較低，水的沸騰溫度會更低O）。

                         |----|   102 degrees Celsius    |----|  375 kelvin
                         |----|   101 degrees Celsius    |----|  374 kelvin
 water boils  --->       |----|   100 degrees Celsius    |----|  373 kelvin
                         |----|   99  degrees Celsius    |----|  372 kelvin
                         |----|   98  degrees Celsius    |----|  371 kelvin
                                             .
                                             .
                                             .
                         |----|   2   degrees Celsius    |----|  275 kelvin
                         |----|   1   degree Celsius     |----|  274 kelvin
 ice melts    --->       |----|   0   degrees Celsius    |----|  273 kelvin
                         |----|   -1  degree Celsius     |----|  272 kelvin
                         |----|   -2  degrees Celsius    |----|  271 kelvin
                                             .
                                             .
                                             .
                         |----|  -269 degrees Celsius    |----|  4 kelvin
                         |----|  -270 degrees Celsius    |----|  3 kelvin
                         |----|  -271 degrees Celsius    |----|  2 kelvin
                         |----|  -272 degrees Celsius    |----|  1 kelvin
 absolute zero --->      |----|  -273 degrees Celsius    |----|  0 kelvin

（自備筆記：想出一個不錯的兩把梯子的圖片，上面標有標籤——水的沸騰和結冰——位置相同，但臺階上的標記不同！）

這使得開氏度到攝氏度之間的轉換變得非常容易。要從攝氏度轉換為開氏度，請新增 273.15。要從開氏度轉換為攝氏度，請減去 273.15。用T_K表示開氏度溫度，用T_°C表示攝氏度溫度，

${\begin{matrix}T_{K}&=&T_{oC}+273.15\end{matrix}}$ 或者 ${\begin{matrix}T_{oC}&=&T_{K}-273.15\end{matrix}}$

開氏度和攝氏度之間的轉換是加法性的——因此 1 攝氏度的溫差等於 1 開爾文的溫差。大多數單位之間的轉換是乘法性的。例如，要從米轉換為毫米，我們乘以 1000。因此，1 m 的變化等於 1000 mm 的變化。

雖然看起來科學界似乎沒有太多理由使用開氏溫標而不是攝氏溫標，但實際上使用開氏溫標與上面提到的提醒效果相比，確實存在著非常顯著的區別。碰巧的是，一些材料的理想形式會根據開氏溫標成比例地變化，這樣一些所需的值可以透過簡單的乘除法找到。在這種計算中，使用攝氏溫標只是件苦差事。

華氏溫標

華氏溫標以前在氣象學中使用，直到大約 1970 年，並且在美國仍然被廣泛使用。它是 1724 年由一位德國物理學家發明的。他需要一個低於水的冰點的刻度，並使用了一個冰、水和氯化銨的混合物，它在更低的溫度下結冰。

在這個刻度中，水的冰點 (0 °C) 為 32 華氏度 (32 °F)，沸點 (100 °C) 為 212 °F，使水的沸點和冰點相差正好 180 度。一個華氏度溫度間隔是 5⁄9 攝氏度的間隔。華氏溫標和攝氏溫標在 -40 度時重合（即 -40 °F 和 -40 °C 表示相同的溫度）。

將攝氏度轉換為華氏度

1) 將攝氏度數字乘以 9。

2) 將步驟 1 的結果除以 5。

3) 在步驟 2 的結果中加上 32。

將華氏度轉換為攝氏度

1) 將華氏度數字減去 32

2) 將步驟 1 的結果乘以 5。

3) 將步驟 2 的結果除以 9。

蘭氏溫標

絕對零度為 -459.67 °F。蘭氏溫標是為使用與華氏溫標相同大小的度數而建立的，使得 1 蘭氏度 (1 °R) 的溫差與 1 °F 的溫差相同，但絕對零度為 0 °R。