เครื่องแปลงอุณหภูมิ: เซลเซียส ฟาเรนไฮต์ เคลวิน

เครื่องแปลงอุณหภูมิ

เครื่องแปลงอุณหภูมิเปลี่ยนค่าที่อ่านได้ของอุณหภูมิจากมาตราหนึ่งเป็นอีกมาตราหนึ่ง เช่น จากเซลเซียสเป็นฟาเรนไฮต์ หน้านี้แปลงค่าที่อ่านได้ค่าเดียวเป็นมาตราทั่วไปทั้งสี่พร้อมกัน ได้แก่ เซลเซียส ฟาเรนไฮต์ เคลวิน และแรงคิน

เครื่องคำนวณทำอะไร

ป้อนอุณหภูมิและเลือกมาตราที่ใช้วัด หน้านี้จะแปลงเป็นเซลเซียสก่อน แล้วแปลงต่อไปยังมาตราทั้งสี่ และแสดงคำตอบทั้งสี่พร้อมกัน ปุ่มคัดลอกจะนำค่าทั้งสี่ไปไว้ในคลิปบอร์ด

ไม่มีสิ่งใดเย็นกว่าศูนย์สัมบูรณ์ ดังนั้นค่าที่อ่านได้ต่ำกว่านั้นจะถูกปฏิเสธแทนที่จะแปลง หน้าจะแจ้งว่าศูนย์สัมบูรณ์มีค่าเท่าใดในมาตราที่เลือก และจะไม่แสดงตัวเลขใด ๆ

วิธีแปลงระหว่างมาตราอุณหภูมิ

เซลเซียสและฟาเรนไฮต์แตกต่างกันสองประการ ได้แก่ ขนาดของหนึ่งองศาและตำแหน่งของศูนย์ หนึ่งองศาฟาเรนไฮต์มีขนาดเป็น 5/9 ของหนึ่งองศาเซลเซียส และ 0 °C เท่ากับ 32 °F ไม่ใช่ 0 °F ดังนั้นการแปลงจึงต้องมีทั้งการคูณและการบวก:

$F = C \times \frac{9}{5} + 32$

$K = C + 273.15$

$R = (C + 273.15) \times \frac{9}{5}$

โดยที่ C คืออุณหภูมิในหน่วยองศาเซลเซียส F คืออุณหภูมิในหน่วยองศาฟาเรนไฮต์ K คืออุณหภูมิในเคลวิน และ R คืออุณหภูมิในหน่วยองศาแรงคิน

ความสัมพันธ์แต่ละแบบสามารถย้อนกลับเพื่อแปลงในอีกทิศทางหนึ่งได้:

$C = (F - 32) \times \frac{5}{9}$

$C = K - 273.15$

$C = R \times \frac{5}{9} - 273.15$

องศาเคลวินและองศาเซลเซียสมีขนาดเท่ากัน ดังนั้นคู่นี้ต้องเลื่อนค่าเพียงอย่างเดียว องศาแรงคินมีขนาดเท่ากับองศาฟาเรนไฮต์ และแรงคินเริ่มต้นที่ศูนย์สัมบูรณ์ ดังนั้น 0 °R จึงเท่ากับ 0 K และค่าที่อ่านได้ในแรงคินจะเท่ากับค่าที่อ่านได้ในฟาเรนไฮต์บวก 459.67 เสมอ

การถือว่า 9/5 เป็นทั้งหมดของการแปลงคือข้อผิดพลาดที่พบบ่อย เครื่องแปลงที่คูณแล้วลืมเลื่อนค่าจะแจ้งว่า 0 °C เท่ากับ 0 °F และการคำนวณจะดูถูกต้อง ทั้งที่คำตอบคลาดเคลื่อนไป 32 องศา

กฎเดียวที่หน้าเว็บใช้จริง

เครื่องแปลงไม่ได้เก็บสูตรแยกสำหรับแต่ละคู่ของมาตรา แต่เก็บตัวเลขสองค่าต่อมาตรา คือขนาดกับค่าชดเชย แล้วใช้ความสัมพันธ์เดียว:

$b = v \times s + o$

โดยที่ v คือค่าที่ป้อน s คือขนาดของหนึ่งองศาในมาตรานั้นเมื่อวัดเป็นองศาเซลเซียส o คือค่าชดเชยที่เลื่อนศูนย์ของมาตรานั้นให้ตรงกับศูนย์เซลเซียส และ b คือค่าที่อ่านได้ในเซลเซียส ฟาเรนไฮต์มีขนาด 5/9 และค่าชดเชย −160/9 ส่วนเคลวินมีขนาด 1 และค่าชดเชย −273.15 การแปลงย้อนกลับคือการยกเลิกสองขั้นตอนเดียวกัน มาตราทุกมาตราบนหน้านี้เป็นหนึ่งแถวของตารางดังกล่าว จึงทำให้คำตอบทั้งสี่ไม่คลาดเคลื่อนจากกัน

ค่าคงที่ใดบ้างที่เป็นค่าที่แน่นอน

ตัวเลขทั้งสี่ค่าที่ใช้ข้างต้นเป็นค่าตามนิยาม ไม่ใช่ค่าที่ได้จากการวัด ดังนั้นจะไม่มีการแก้ไขด้วยการทดลองที่ดีกว่า

ค่าบนหน้านี้มีการปัดเศษอยู่สองอย่าง และไม่มีอย่างใดเป็นค่าคงที่ตามนิยาม เศษส่วน 5/9 ไม่มีรูปทศนิยมที่แน่นอน ดังนั้นทศนิยมใด ๆ ที่เขียนแทนจึงเป็นการตัดทอน โค้ดเก็บ 5/9 และ 160/9 เป็นเศษส่วนแทนทศนิยม และผลลัพธ์ทั้งสี่จะแสดงด้วยเลขนัยสำคัญแปดหลัก การปัดเศษมีเฉพาะตอนแสดงผล การแปลงจริงใช้ค่าที่ป้อนตามที่พิมพ์

ตัวอย่างพร้อมวิธีทำ

ค่าที่อ่านได้ 20 °C ซึ่งเป็นอุณหภูมิห้องที่ไม่ร้อนหรือเย็นมาก จะแปลงได้ดังนี้

ฟาเรนไฮต์: 20 × 9/5 เท่ากับ 36 และ 36 + 32 เท่ากับ 68 °F (20 °C)

เคลวิน: 20 + 273.15 เท่ากับ 293.15 K

แรงคิน: 20 + 273.15 เท่ากับ 293.15 และ 293.15 × 9/5 เท่ากับ 527.67 °R

ตัวอย่างที่สองแปลงย้อนกลับและได้ค่าไม่ลงตัว สำหรับ 350 °F (177 °C) ซึ่งเป็นเตาอบร้อน: 350 − 32 เท่ากับ 318 และ 318 × 5/9 เท่ากับ 176.6666… °C ซึ่งหน้าเว็บจะแสดงเป็น 176.66667 °C หลังปัดเศษให้เหลือเลขนัยสำคัญแปดหลัก

จุดคงที่

ค่าที่อ่านได้เหล่านี้ควรจดจำไว้ และแต่ละแถวได้รับการตรวจสอบด้วยการป้อนค่าทดสอบในมาตราทั้งสี่ทีละมาตรา

แถว −40 ไม่ใช่เรื่องบังเอิญ ตัวเลขฟาเรนไฮต์เพิ่มเร็วกว่าและเริ่มต้นสูงกว่าตัวเลขเซลเซียส ดังนั้นเส้นทั้งสองจึงตัดกันเพียงครั้งเดียว และ −40 คือจุดที่ทั้งสองมาบรรจบกัน

ศูนย์สัมบูรณ์

ศูนย์สัมบูรณ์คือจุดที่สารไม่มีพลังงานความร้อนเหลือให้ปลดปล่อยอีก อยู่ที่ −273.15 °C และตัวเลขนี้แน่นอน โดยเคลวินกับองศาเซลเซียสมีขนาดเท่ากัน และศูนย์ของทั้งสองห่างกัน 273.15 ตามนิยาม (CGPM ครั้งที่ 13, 1967/68) ในมาตราอื่นจะเท่ากับ −459.67 °F (-273 °C), 0 K และ 0 °R

หน้านี้ปฏิเสธค่าที่อ่านได้ซึ่งต่ำกว่าศูนย์สัมบูรณ์ ตัวเลขที่ต่ำกว่าศูนย์สัมบูรณ์ไม่ใช่อุณหภูมิที่เย็นมาก แต่ไม่ใช่อุณหภูมิ

การตรวจสอบจะปัดเศษทั้งสองด้านก่อนเปรียบเทียบ ศูนย์สัมบูรณ์อาจได้ค่าภายในของเซลเซียสเป็น −273.15 จากวิธีหนึ่ง และเป็น −273.15000000000003 จากอีกวิธีหนึ่ง เพราะคอมพิวเตอร์เก็บตัวเลขเหล่านี้ในรูปเลขฐานสอง และ 273.15 ไม่มีรูปเลขฐานสองที่แน่นอน หากเปรียบเทียบค่าดิบ ผู้ใช้จะได้รับแจ้งว่าศูนย์สัมบูรณ์ต่ำกว่าศูนย์สัมบูรณ์

ความคลาดเคลื่อนจากการปัดเศษแบบเดียวกันปรากฏในคำตอบด้วย การแปลง −459.67 °F (-273 °C) ให้ค่าประมาณ −0.000000000000028 K แทนที่จะเป็น 0 K เครื่องแปลงจะถือว่าเศษที่เล็กขนาดนั้นเป็นสัญญาณรบกวนจากการลบตัวเลขสองค่าที่มีขนาดใกล้เคียงกัน และรายงานเป็น 0 K

คำถามที่พบบ่อย

แปลงเซลเซียสเป็นฟาเรนไฮต์อย่างไร? นำค่าที่อ่านได้ในเซลเซียสคูณด้วย 9/5 แล้วบวก 32 สำหรับ 20 °C: 20 × 9/5 เท่ากับ 36 และ 36 + 32 เท่ากับ 68 °F (20 °C)

แปลงฟาเรนไฮต์เป็นเซลเซียสอย่างไร? ลบ 32 ก่อน แล้วคูณด้วย 5/9 สำหรับ 68 °F (20 °C): 68 − 32 เท่ากับ 36 และ 36 × 5/9 เท่ากับ 20 °C

ทำไมการลบ 32 เพียงอย่างเดียวจึงไม่พอ? เพราะมาตราทั้งสองใช้ขนาดขององศาต่างกันด้วย หนึ่งองศาฟาเรนไฮต์มีขนาดเป็น 5/9 ของหนึ่งองศาเซลเซียส ดังนั้นช่องว่างระหว่างค่าที่อ่านได้ทั้งสองจึงเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ที่ 0 °C ช่องว่างคือ 32 และที่ 100 °C ช่องว่างคือ 112

มีวิธีกะค่าอย่างรวดเร็วในใจหรือไม่? การเพิ่มค่าที่อ่านได้ในเซลเซียสเป็นสองเท่าแล้วบวก 30 ให้ค่าที่ใกล้เคียงสำหรับอุณหภูมิในชีวิตประจำวัน จะได้ 70 สำหรับ 20 °C เมื่อเทียบกับค่าจริง 68 °F ความคลาดเคลื่อนเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิ จึงเป็นเพียงค่าประมาณคร่าว ๆ ไม่ใช่การแปลง

แรงคินคืออะไร และใครใช้? แรงคินเป็นมาตราอุณหภูมิสัมบูรณ์ที่ใช้องศาขนาดเท่าฟาเรนไฮต์ โดยเริ่มต้นที่ศูนย์สัมบูรณ์ มาตรานี้ปรากฏในงานวิศวกรรมบางประเภทในสหรัฐอเมริกา เมื่อจำเป็นต้องใช้อุณหภูมิสัมบูรณ์ แต่ตัวเลขโดยรอบอยู่ในหน่วยฟาเรนไฮต์

ทำไมบางครั้งหน้าจอจึงแสดงทศนิยมน้อยกว่าที่คาด? ผลลัพธ์จะปัดเศษให้เหลือเลขนัยสำคัญแปดหลัก ค่าอย่าง 176.6666… °C มีเลขซ้ำไม่สิ้นสุด จึงแสดงเป็น 176.66667 °C การปัดเศษมีเฉพาะตอนแสดงผลเท่านั้น