Celsius (Celsiuse kraad, °C) — temperatuuriühik: määratlus ja ajalugu
Celsius — Celsiuse kraad (°C): selgitus, ajalugu ja tähendus temperatuuri mõõtmisel. Avasta Anders Celsiuse leiutis, skaala ning vee sulamise ja keemistemperatuuri tähendus.
Celsius (täpsemalt Celsiuse kraad), mida mõnikord nimetatakse ka centigrade või eesti keeles harvem sajandkraad, on mõõtühik, mida kasutatakse paljudes riikides temperatuuri mõõtmiseks. Selle skaalaga seostatav nimi pärineb Rootsi astronoomi Anders Celsiuse (1701–1744) järgi.
Ajalugu
Anders Celsius pakkus 1742. aastal välja temperatuuri skaala, kus ta määras kaks tuntud tähistuspunkte vee keemise ja sulamise jaoks. Tema algses versioonis oli 0 kraadi vee keemistemperatuur ja 100 kraadi vee sulamistemperatuur. Selle skaala pöörati aga peagi ümber, nii et levinud ja tänapäeval kasutatav versioon on 0 °C vee sulamistemperatuur ja 100 °C vee keemistemperatuur normaalrõhu juures. Skaala pööramist on ajalooliselt omistatud mitmele teadlasele ja populariseerijale 18. sajandil.
Ühiku nimetuseks oli pikka aega centigrade (ladina keeles "sajandkraadi" tähenduses). Rahvusvaheline Komitee Meetermõõdustiku kohta ja hiljem 1948. aasta Rahvusvaheline Meetermõõdustiku Konverents (CGPM) kinnitasid ametlikult nimeks "degree Celsius" ehk lühidalt °C.
Määratlus ja seos SI-ga
Traditsiooniliselt on 0 °C määratletud kui puhta vee sulamistemperatuur ja 100 °C kui vee keemistemperatuur merepinnal ehk normaalrõhu (ühe atmosfääri) juures. Tuleb siiski märkida, et vee kolmikkese punkt (kohapunkt, kus jää, vesi ja veeaur on koondunud tasakaalus) on 0,01 °C ja seda punkti kasutati ajalooliselt temperatuuriallika täpsustamiseks.
Celsius ei ole SI baasühik, vaid SI-ga seotud tuletatud ühik. Degree Celsius (°C) on täpselt seotud kelviniga (SI temperatuuriühik) järgmise seose kaudu:
- T(K) = t(°C) + 273,15
- või pööratult: t(°C) = T(K) − 273,15
Konversioonid
Levinumad teisenduse valemid:
- °C → K: K = °C + 273,15
- °C → °F: °F = °C × 9/5 + 32
- °F → °C: °C = (°F − 32) × 5/9
Kasutus ja tähistus
Tähis on °C (näiteks 25 °C). Celsiuse skaala on ülemaailmselt laialdaselt kasutusel enamikus riikides igapäevaelus, teaduses ja tehnoloogias. Erandiks on mõned riigid (näiteks Ameerika Ühendriigid), kus igapäevases elus kasutatakse sageli Fahrenheiti skaalat.
Märkus: kuigi vee sulamis- ja keemistemperatuurid annavad headeks orientiirideks, mõjutavad neid tingimused nagu rõhk ja vee puhtus; täpsemate mõõtmiste aluseks kasutatakse tänapäeval kelvini ja standardiseeritud füüsikalisi punktide süsteeme.
Ajalugu
1742. aastal koostas Anders Celsius tänapäeva Celsiuse temperatuuriskaala "ümberpööratud" versiooni. Selles skaalas oli null vee keemistemperatuur ja 100 jää sulamistemperatuur. Oma töös "Vaatlused kahe püsiva kraadi kohta termomeetril" kirjutas ta oma katsetest. Ta näitas, et jää sulamistemperatuuri ei mõjuta põhimõtteliselt õhurõhk. Jää muutuks veeks samal temperatuuril, olgu see siis merepinnal või mägedes. See ei kehtinud vee keemistemperatuuri kohta. See keeb kergemini väiksema rõhu all (mägedes). Ta otsustas, et tema temperatuuri skaala nullpunkt (vee keemistemperatuur) määratakse merepinna standardse baromeetrilise rõhu juures. See rõhk on tuntud kui üks atmosfäär. 1954. aastal kehtestas 10. CGPM (General Conference on Weights and Measures) resolutsioon 4, mis on täpselt üks standardne atmosfäär (101,325 kPa või 14,6959 psi).
1744. aastal, mil Anders Celsius suri, kasutas kuulus rootsi botaanik Carolus Linnaeus (1707-1778) oma esimese termomeetri ostmisel Celsiuse skaala ümberpööratud versiooni. Sellel oli skaala, kus null tähistas jää sulamistemperatuuri ja 100 vee keemistemperatuuri, sarnaselt sellele, mida me kasutame tänapäeval. Tema kasvuhoonetes kasutatava "Linnaeuse termomeetri" valmistas Daniel Ekström, tollane Rootsi juhtiv teadusinstrumentide valmistaja. Ekströmi töökoda asus Stockholmi observatooriumi keldris. Nagu sageli juhtus sel ajastul enne moodsaid kommunikatsioone, omistatakse paljudele füüsikutele, teadlastele ja mõõteriistade valmistajatele, et nad valmistasid sõltumatult sama mõõteskaala; nende hulgas olid Rootsi Kuningliku Teaduste Akadeemia (millel oli mõõteriistade töökoda) sekretär Pehr Elvius, kellega Linnaeus oli samuti suhelnud; Christin Lyonist; mõõteriistade valmistaja Daniel Ekström ja Mårten Strömer (1707-1770), kes oli õppinud astronoomiat Anders Celsiuse juures.
Esimene teadaolev dokument, milles esitatakse temperatuurid selles tänapäevases "edasisuunatud" Celsiuse skaalas, on 16. detsembri 1745. aasta dokument Hortus Upsaliensis, mille Linnaeus kirjutas oma õpilasele Samuel Nauclérile. Selles teatas Linnaeus Uppsala ülikooli botaanikaaia oranžiruumis valitsevatest temperatuuridest:
...kuna kaldarium (kasvuhoone kuum osa) saab akende nurga alt, ainult päikesekiirtelt, sellise soojuse, et termomeeter ulatub sageli 30 kraadini, kuigi innukas aednik hoolitseb tavaliselt selle eest, et see ei tõuseks üle 20-25 kraadi, ja talvel mitte alla 15 kraadi....
Järgmise 204 aasta jooksul nimetasid teadusringkonnad ja termomeetrilised kogukonnad kogu maailmas seda skaalat "sajandikskaalaks". Temperatuurid Celsiuse skaalal esitati sageli kui "kraadid" või "Celsiuse kraadid". Selle skaala temperatuuriväärtuste sümboliks oli °C (aastate jooksul mitmes formaadis). Kuna nimetus "sentigraad" oli ka hispaania- ja prantsuskeelne nimetus nurgaühikule (üks sajandik täisnurga kohta) ja sellel oli sarnane tähendus teistes keeltes, kasutati terminit "sajakraad", kui rahvusvahelises suhtluses oli vaja väga täpset ja selget keelt, nagu näiteks Rahvusvaheline Kaalude ja Mõõtude Büroo (BIPM). 9. CGPM (General Conference on Weights and Measures) ja CIPM (International Committee for Weights and Measures) otsustasid 1948. aastal ametlikult kasutada terminit "kraad Celsius" (sümbol: °C).
1948. aastal otsustati kasutada sõna Celsius kolmel põhjusel:
- Kõikide levinud temperatuuriskaalade ühikud on nimetatud kellegi nendega tihedalt seotud isiku järgi - Kelvin, Celsius, Fahrenheit, Réaumur ja Rankine.
- Sümbol °C, mida sajandeid oli kasutatud koos sajandivahetuse nimetusega, võis jätkuvalt kasutada, kuid nüüd tähendas see Celsiust. (Linnaeusel oli oluline osa tänapäeva skaalal, kuid Celsius töötas selle esimesena välja).
- Uus nimetus tähendas, et sajaprotsentimeeter võis taas tähendada ainult prantsuskeelset nurgamõõduühiku nimetust.
Siiski kulus peaaegu kaks aastakümmet, enne kui kooliõpikud muutusid sajaprotsentimeetrilt Celsiuse järgi, ja paljud inimesed kasutavad tänapäevalgi veel vana nimetust.
Näited
- Celsiuse skaalal külmub vesi 0° juures ja keeb 100° juures.
- Toatemperatuur on umbes 20 °C.
- Absoluutne nullpunkt (kõige külmem võimalik temperatuur) on -273,15 °C.
- Talved Antarktikas võivad olla vahemikus -80 kuni -90 °C.
- Inimese kehatemperatuur on tavaliselt 37 °C.
Temperatuuri ümberarvestused
- Selleks, et muuta temperatuur kraadides Celsiuse järgi kelviniteks, tuleb lisada 273,15. Näiteks 0 kraadi Celsiuse järgi, mis on temperatuur, mille juures vesi jäätub, on 273,15 kelvinit.
- Selleks, et muuta temperatuur kelvinites Celsiuse kraadideks, peab inimene lahutama 273,15. Näiteks 310 K on sama temperatuur kui 36,85 °C, mis on umbes inimkeha temperatuur.
- Selleks, et muuta temperatuur Celsiuse kraadides Fahrenheiti kraadideks, tuleb see korrutada 9/5-ga ja lisada 32: F = (9/5)C + 32.
- Selleks, et muuta temperatuur Fahrenheiti kraadides Celsiuse kraadideks, tuleb inimesel lahutada 32 ja korrutada tulemus 5/9-ga: C = (F - 32) * 5/9.
Küsimused ja vastused
K: Mis on Celsius?
V: Celsius on mõõtühik, mida kasutatakse paljudes riikides temperatuuri mõõtmiseks.
K: Kes lõi Celsiuse mõõtühiku?
V: Celsiuse lõi Rootsi astronoom Anders Celsius.
K: Milline on puhta vee sulamistemperatuur Celsiuse järgi?
V: Puhta vee sulamistemperatuur merepinna kõrgusel Celsiuse järgi on 0 kraadi.
K: Mis on vee keemistemperatuur Celsiuse järgi?
V: Vee keemistemperatuur Celsiuse järgi normaalrõhul on 100 kraadi, kuid tuleb märkida, et kõrgemal asudes keeb vesi madalamal temperatuuril.
K: Milline on suhe 1 °C ja vee keemis- ja sulamistemperatuuride vahe vahel?
V: 1 °C on üks sajandik (100. osa) vee keemis- ja sulamistemperatuuride erinevusest.
K: Millal sai ühik Celsius oma nime?
V: Alates 1948. aastast on ühiku nimi "Celsius".
K: Mis oli Celsiuse ühiku nimi enne selle ümbernimetamist 1948. aastal?
V: Enne 1948. aasta muudatust nimetati Celsiuse ühikut "sentimeetri", kusjuures "centi" tähendas 1/100 ja "kraad" oli skaala.
Otsige