Што прави оваа страница?
Страницата за конверзија од Фаренхајт во Келвин прима температура изразена во степени Фаренхајт (°F) и веднаш го враќа еквивалентот во келвини (K). Разликата во однос на конверзиите помеѓу Целзиус и Келвин е суштинска: додека тие се само додавање на 273,15 (бидејќи двете скали имаат иста големина на степенот), Фаренхајт–Келвин бара пресметка во три чекори. Прво се одзема 32, потоа се множи со 5⁄9, и на крај се додава 273,15. Тоа не е прост линеарен множител, туку афина трансформација – и токму затоа постои оваа страница: да го направи автоматски она што рачно лесно може да доведе до грешки.
Внесената вредност може да биде цел број или децимален број (на пример 98,6 °F). Страницата го пресметува точниот резултат без заокружување во меѓучекорите, а прецизноста на излезот одговара на бројот на децимали внесени од корисникот. Ако внесете 212 °F, добивате 373,15 K; ако внесете 32 °F, добивате 273,15 K.
Формулата за конверзија и зошто е афина трансформација
Формулата што ја користи страницата е:
K = (°F − 32) × 5/9 + 273,15
Таа произлегува од врската помеѓу Фаренхајтовата и Целзиусовата скала (C = (°F − 32) × 5/9) и фактот дека 0 °C одговара на 273,15 K. Бидејќи Келвиновата скала е апсолутна (нејзината нула е вистинска физичка граница), а Фаренхајтовата е релативна, не е доволно само да се множи со константен фактор. Афината трансформација комбинира прескалирање и поместување: членот „−32“ го поместува нултиот момент на Фаренхајтовата скала (кој е поставен на температурата на мешавина од мраз и сол), а членот „+273,15“ го поместува резултатот на апсолутната скала.
Важен детал: 1 °F е еднакво на 5/9 K (или 5/9 °C). Ова произлегува од тоа што интервалот помеѓу точката на мрзнење и точката на вриење на водата изнесува 180 степени на Фаренхајтовата скала (од 32 °F до 212 °F), додека истиот интервал на Целзиусовата (и Келвиновата) скала е 100 степени. Затоа се множи со 5/9, а не со некој друг број.
Страницата ги извршува сите три операции точно, користејќи рационална аритметика каде што е можно. На пример, за 98,6 °F (температура на човековото тело) пресметката е: (98,6 − 32) = 66,6; 66,6 × 5/9 = 37; 37 + 273,15 = 310,15 K. Резултатот е точен до децималата на влезот.
Потекло на Фаренхајтовата и Келвиновата скала
Фаренхајтовата скала ја вовел германскиот физичар Даниел Габриел Фаренхајт во 1724 година. Тој како референтни точки ја користел температурата на мешавина од мраз, вода и амониум хлорид (околу 0 °F), точката на мрзнење на водата (32 °F) и температурата на човековото тело (првично 96 °F, подоцна поправена на 98,6 °F). Подоцна скалата е редефинирана така што точката на вриење на водата изнесува точно 212 °F.
Келвиновата скала, пак, е термодинамичка апсолутна скала именувана по Вилијам Томсон (лорд Келвин). Таа го користи тројниот поен на водата како дефинитивна референтна точка (273,16 K), а единицата келвин е дефинирана како 1/273,16 од термодинамичката температура на тројниот поен. По редефиницијата на SI во 2019 година, келвинот се изразува преку вредноста на Болцмановата константа, но практичната врска со тројниот поен останува иста. Клучното својство на Келвиновата скала е дека таа почнува од апсолутна нула (0 K), температура на која молекуларното движење теоретски престанува.
Поради оваа разлика во концепцијата – релативна наспроти апсолутна скала – конверзијата Фаренхајт–Келвин не може да биде едноставно множење.
Апсолутна нула и граници на валидност
Бидејќи Келвиновата скала е апсолутна, резултатот од конверзијата никогаш не смее да биде помал од 0 K. Температурата на апсолутната нула во Фаренхајтови степени изнесува −459,67 °F. Ако внесете температура помала од оваа вредност, страницата ќе го означи влезот како невалиден и ќе прикаже порака како „Температура под апсолутна нула“ (или слично). Ова не е грешка во формулата, туку физичка граница: негативни келвини не постојат.
За сите валидни влезови (≥ −459,67 °F) формулата дава позитивен или нула резултат. На пример, −459,67 °F → (−459,67 − 32) = −491,67; −491,67 × 5/9 = −273,15; −273,15 + 273,15 = 0 K. Секој степен погоре дава позитивен келвин.
Вообичаени референтни точки во двете скали
Следната табела прикажува неколку клучни температури и нивните еквиваленти:
| Опис | °F | K |
|---|---|---|
| Апсолутна нула | −459,67 | 0 |
| Точка на мрзнење на водата | 32 | 273,15 |
| Собна температура (приближно) | 70 | 294,26 |
| Човеково тело (приближно) | 98,6 | 310,15 |
| Точка на вриење на водата | 212 | 373,15 |
Забележете дека собната температура од 70 °F дава 294,26 K (пресметка: (70−32)×5/9 + 273,15 = 21,111...+273,15 = 294,2611...). Страницата го враќа резултатот со истиот број децимали како влезот, па за 70 °F (цел број) резултатот ќе биде 294,26 K, а за 70,0 °F ќе биде 294,3 K.
Кој има потреба од оваа конверзија?
Конверзијата од Фаренхајт во Келвин е неопходна во повеќе ситуации:
- Научници и инженери кои работат со термодинамички податоци снимени во Фаренхајт, а треба да ги пријават резултатите во SI единици (келвини). На пример, податоци за специфична топлина или енталпија често се дадени во °F во постара литература.
- Метеоролози кои конвертираат историски американски температурни записи во келвини за глобални климатски модели. САД сè уште го користат Фаренхајт за секојдневно време, додека меѓународната климатологија работи во келвини или Целзиус.
- Студенти кои ги учат разликите помеѓу релативни и апсолутни температурни скали. Конверзијата Фаренхајт–Келвин е одличен пример за афина трансформација.
- Хобисти кои градат или калибрираат опрема чии сензори даваат излез во °F, но физичките пресметки (на пример, законот за идеален гас) бараат температура во келвини.
- Меѓународни соработници кои спојуваат податочни сетови што мешаат мерења во Фаренхајт и келвини.
Во сите овие случаи, рачната пресметка носи ризик од грешки – особено при одземањето на 32 и додавањето на 273,15 во правилен редослед. Страницата го елиминира тој ризик.
Често поставувани прашања
1. Зошто формулата има „−32“ и „+273,15“?
„−32“ го поместува нултиот момент на Фаренхајтовата скала (32 °F одговара на 0 °C). „+273,15“ го поместува резултатот од Целзиус во Келвин, бидејќи 0 °C = 273,15 K.
2. Дали може да се добие негативен келвин?
Не. Ако внесете температура под −459,67 °F, резултатот би бил под 0 K, што е физички невозможно. Страницата прикажува порака за грешка во тој случај.
3. Која прецизност се користи?
Страницата не заокружува меѓурезултати. Крајниот резултат го прикажува со ист број децимални места како влезот. На пример, внес 32 дава 273,15 K; внес 32,0 дава 273,2 K (заокружено на една децимала).
4. Може ли да внесам негативни Фаренхајтови вредности?
Да, се додека не се под −459,67 °F. На пример, −40 °F е −40 °C, што е 233,15 K. (Проверка: (−40−32)×5/9 = −72×5/9 = −40; −40+273,15 = 233,15 K.)
5. Зошто 1 °F = 5/9 K?
Затоа што интервалот од 180 °F (32→212) одговара на интервал од 100 K (273,15→373,15). Односот е 100/180 = 5/9.
6. Дали страницата работи и за нецелобројни внесови, како 98,6 °F?
Да. Пресметката за 98,6 °F е: (98,6−32)=66,6; 66,6×5/9=37; 37+273,15=310,15 K. Резултатот го задржува бројот на децимали од влезот (една децимала во 98,6 → една децимала во 310,2 K, но бидејќи 37 е цел број, всушност се прикажува 310,2 K).