วิธีแปลงเซลเซียสเป็นเคลวิน

การรู้วิธีแปลงองศาเซลเซียสเป็นเคลวินเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับนักเรียนเคมี ฟิสิกส์ หรือชีววิทยาทุกคน เนื่องจากอุณหภูมิเป็นตัวแปรที่แทรกแซงปรากฏการณ์ทางธรรมชาติเกือบทั้งหมด การแปลงนี้ทำได้ง่ายมากเนื่องจากสเกลทั้งสองต่างกันที่ตำแหน่งศูนย์ของสเกลเท่านั้น อย่างไรก็ตาม การทำความเข้าใจจะง่ายกว่า และเหนือสิ่งอื่นใด คุณต้องจำไว้ว่าคุณเข้าใจว่ามาตราส่วนทั้งสองมาจากไหนและใช้งานอย่างไร

ระดับเซลเซียส (°C)

เป็นมาตราส่วนอุณหภูมิที่ประดิษฐ์ขึ้นในปี พ.ศ. 2285 โดยแอนเดอร์ เซลเซียส นักดาราศาสตร์ชาวสวีเดน มาตราส่วนนี้กำหนดขึ้นจากจุดเยือกแข็งและจุดเดือดของน้ำที่ระดับน้ำทะเล จุดเยือกแข็ง ของน้ำคือจุดอ้างอิงที่กำหนดอุณหภูมิเป็น 0 °Cในขณะที่จุดเดือดถูกกำหนดเป็นอุณหภูมิ 100 °Cซึ่งเป็นสาเหตุที่เดิมเรียกว่ามาตราส่วนอุณหภูมิเซนติเกรด ซึ่งเป็นหน่วยที่ยังคง ทุกวันนี้ยังคงใช้กันทั่วไป

มาตราส่วนเซลเซียส เป็นมาตราส่วนอุณหภูมิสัมพัทธ์ ซึ่งหมายความว่าไม่ได้วัดอุณหภูมิสัมบูรณ์ของร่างกาย แต่จะแสดงเฉพาะอุณหภูมิที่สูงขึ้นหรือต่ำลงเมื่อเทียบกับอุณหภูมิอ้างอิง ในกรณีนี้คืออุณหภูมิของจุดหลอมเหลวหรือจุดเยือกแข็งของน้ำ อุณหภูมิอ้างอิงที่สองใช้เพื่อกำหนด “ขนาด” ขององศาเซลเซียส

เคลวินและมาตราส่วนอุณหภูมิสัมบูรณ์ (K)

ซึ่งแตกต่างจากมาตราส่วนเซนติเกรดหรือเซลเซียสสเกลเคลวินเป็นสเกลอุณหภูมิสัมบูรณ์เนื่องจากไม่ได้ขึ้นอยู่กับจุดอ้างอิงใดๆ ศูนย์ในระดับเคลวินบ่งชี้ว่าไม่มีพลังงานความร้อนในร่างกาย นั่นคือ 0 ของสเกลเคลวินเป็นศูนย์สัมบูรณ์ของอุณหภูมิ ไม่มีอุณหภูมิต่ำกว่านั้น ก่อตั้งขึ้นโดยวิลเลียม ทอมป์สัน (หรือที่รู้จักในตระกูลของเขา ลอร์ดเคลวิน) ในปี พ.ศ. 2391 ซึ่งกำหนดให้แต่ละหน่วยในมาตราส่วนของตนมีขนาดเท่ากับองศาในมาตราส่วนเซลเซียส สิ่งนี้ทำให้การแปลงจากเซลเซียสเป็นเคลวินง่ายขึ้นมาก เนื่องจากความแตกต่างเพียงอย่างเดียวระหว่างสองสเกลคือตำแหน่งของศูนย์สัมบูรณ์ ซึ่งสอดคล้องกับ -273.15 °C

ควรสังเกตว่าหน่วยในระดับเคลวินเรียกว่าเคลวินและสัญลักษณ์คือ K ; ไม่เรียกว่า “องศา” เคลวิน และไม่ได้มีสัญลักษณ์องศา (°) เนื่องจากเป็นมาตราส่วนสัมบูรณ์และไม่ใช่มาตราส่วนสัมพัทธ์ ตัวอย่างเช่น 273 K อ่านว่าสองร้อยเจ็ดสิบสามเคลวิน ไม่ใช่สองร้อยเจ็ดสิบสาม “องศา” เคลวิน

สูตรแปลงองศาเซลเซียสเป็นเคลวิน

ในการแปลงองศาเซลเซียสเป็นเคลวิน ต้องใช้อุณหภูมิเป็นองศาเซลเซียสเท่านั้น แล้วบวกด้วย 273.15 มันมักจะเขียน:

เมื่อใช้สูตรนี้ °C จะแสดงอุณหภูมิเป็นองศาเซลเซียส (อุณหภูมิที่คุณต้องการแปลง) ไม่ใช่องศาเซลเซียส และผลลัพธ์จะเป็นหน่วยเคลวินโดยตรง เพื่อหลีกเลี่ยงความสับสนระหว่างตัวแปรที่ปรากฏในสมการและหน่วยอุณหภูมิ ไม่ควรวางหน่วย ณ เวลาที่ทำการแปลง แต่ใส่เฉพาะค่าตัวเลขเท่านั้น หลังจากดำเนินการแล้วสัญลักษณ์เคลวิน (K) จะถูกวางไว้

ตัวอย่าง:

สมมติว่าเราต้องการแปลงอุณหภูมิเฉลี่ยของร่างกายมนุษย์ ซึ่งเท่ากับ 37.00 °C เป็นเคลวิน ขั้นตอนแรกคือแทนที่ 37.00 สำหรับ °C ในสูตร (ไม่มีหน่วยเพื่อหลีกเลี่ยงความสับสน) จากนั้นดำเนินการและในที่สุดก็เพิ่ม K:

สูตรที่ถูกต้องมากขึ้นในการแปลงเซลเซียสเป็นเคลวิน

สูตรข้างต้นแม้จะใช้งานง่าย แต่มักทำให้เกิดความสับสนเนื่องจากไม่สามารถรวมหน่วยได้ยกเว้นตอนท้าย เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหานี้ ควรใช้รูปแบบสมการเดียวกันที่ถูกต้องมากกว่า ในหนังสือเกี่ยวกับฟิสิกส์และอุณหพลศาสตร์หลายเล่ม อุณหภูมิสัมบูรณ์จะแสดงด้วยตัวอักษร T ในขณะที่อุณหภูมิสัมพัทธ์เป็นองศาเซลเซียสจะแสดงด้วยตัวอักษรกรีก θ ( theta ซึ่งก็คือ t ในตัวอักษรกรีก ) ดังนั้นสูตรก่อนหน้าคือ:

ในกรณีนี้ K และ °C แทนหน่วยเคลวินและองศาเซลเซียส ในขณะที่ T และ θ แทนอุณหภูมิในหน่วยที่เกี่ยวข้อง เพื่อให้ได้อุณหภูมิเป็นเคลวิน (นั่นคือ T) จำเป็นต้องแก้หา T โดยการคูณทั้งสองข้างของสมการด้วย K

ตัวอย่าง:

สมมติว่าคุณต้องการเปลี่ยนจุดเดือดของอาร์กอน ซึ่งก็คือ -185.8 °C เป็นเคลวิน ในกรณีนี้ คุณมี θ = -185.8 °C และคุณต้องการทราบค่าของ T ดังนั้น คุณเพียงแค่แทนค่า θ ลงในสูตรแล้วแก้หา T:

สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่าหน่วยในเทอมแรกทางด้านขวาตัดกัน ดังนั้นจำนวนผลลัพธ์จึงสามารถเพิ่มเป็น 273.15 ได้ ตอนนี้การล้าง T ซึ่งเป็นอุณหภูมิในเคลวิน (ที่เราต้องการ) เราได้:

คำแนะนำในการแปลงองศาเซลเซียสเป็นเคลวิน

เมื่อใดก็ตามที่ดำเนินการแปลงหน่วย สิ่งสำคัญคือต้องตรวจสอบว่าผลลัพธ์นั้นสมเหตุสมผล เนื่องจากแม้แต่วิศวกรที่มีประสบการณ์มากที่สุดก็สามารถทำผิดพลาดได้ แม้ว่าจะใช้สูตรง่ายๆ แบบนี้ก็ตาม ในกรณีของการแปลงจากเซลเซียสเป็นเคลวินและในทางกลับกัน ในกรณีหนึ่งคุณต้องบวก 273.15 และอีกอันคุณต้องลบออก และเป็นเรื่องปกติมากที่จะลืมว่าควรทำอย่างใดอย่างหนึ่งเมื่อใด เพื่อให้แน่ใจว่าการแปลงจะดำเนินการอย่างถูกต้องเสมอ สามารถพิจารณาเบาะแสสองข้อต่อไปนี้:

• อุณหภูมิ ในหน่วย เคลวินจะต้องมากกว่าอุณหภูมิในหน่วยองศาเซลเซียสเสมอ ตัวอย่างเช่น ถ้าเมื่อแปลง 400 °C เป็นเคลวิน ผลลัพธ์ที่ได้คือ 127 K การแปลงจะผิด เนื่องจากอุณหภูมิในหน่วยเคลวินจะต้องไม่ต่ำกว่าอุณหภูมิในหน่วย °C
• อุณหภูมิในหน่วยเคลวินไม่สามารถติดลบได้เนื่องจากเป็นมาตราส่วนสัมบูรณ์และค่าต่ำสุดคือศูนย์ (ไม่มีหน่วย มีแต่ศูนย์) ถ้าเมื่อคุณแปลงอุณหภูมิเป็นเคลวิน ผลลัพธ์คือ -150 K แสดงว่าการแปลงนั้นผิด

การแปลงย้อนกลับจากเคลวินเป็นเซลเซียส

หากต้องการแปลงจากเคลวินเป็นองศาเซลเซียส คุณต้องแก้สมการใดสมการหนึ่งในสองสมการ ซึ่งเกี่ยวข้องกับการลบ 273.15 จากทั้งสองด้านของสูตร:

หรือพูดให้ถูกคือ

วิธีแปลงเซลเซียสเป็นหน่วยอื่น

อุณหภูมิในหน่วยองศาเซลเซียสสามารถแปลงเป็นมาตราส่วนอุณหภูมิอื่นๆ ได้ ไม่ว่าจะเป็นสัมพัทธ์หรือสัมบูรณ์ ตัวอย่างเช่น คุณสามารถแปลงองศาเซลเซียสเป็นฟาเรนไฮต์ (ซึ่งเป็นมาตราส่วนสัมพัทธ์) หรือคุณสามารถแปลงองศาเซลเซียสเป็นแรงคิน (ซึ่งเป็นมาตราส่วนสัมบูรณ์)

แหล่งที่มา

• Atkins, P. & dePaula, J. (2008). เคมีฟิสิกส์ . (แก้ไขครั้งที่ 8). บทบรรณาธิการทางการแพทย์ของ Panamerican