❝ อุณหภูมิ เป็นรูปแบบของการแสดงออกของพลังงานความร้อน อุณหภูมิอาจหมายถึง สิ่งที่แตกต่างกันในสถานการณ์ต่าง ๆ อุณหภูมิทางอุณหพลศาสตร์เป็นการวัดพลังงานจลน์ในโมเลกุล หรืออะตอมของสาร ยิ่งพลังงานนี้มากเท่าไหร่ อนุภาคก็ยิ่งเคลื่อนที่เร็วขึ้น และการอ่านค่าเครื่องมือ ก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น นี่เป็นวิธีที่คนส่วนใหญ่มักใช้กัน ❞
ในบทความนี้ KACHA จะพาไปรู้จักกับ หน่วยวัดอุณหภูมิ ที่เรารู้จักนั้นว่า มีอะไรบ้าง และวิธีการแปลงค่าอุณหภูมิ ทำได้อย่างไร ไปดูกันเลนดีกว่า
อุณหภูมิ คืออะไร?
อุณหภูมิ คือ เป็นตัวชี้วัดความร้อน หรือความเย็น ซึ่งเป็นการวัดพลังงานจลน์ เฉลี่ยของอนุภาคในวัตถุ ซึ่งเป็นพลังงานประเภทหนึ่ง คำว่าร้อน และเย็นไม่ใช่ศัพท์ทางวิทยาศาสตร์มากนัก ถ้าเราต้องการระบุว่าของร้อน หรือเย็นจริง ๆ เราต้องใช้คำว่า “อุณหภูมิ” ตัวอย่างเช่น เหล็กละลายร้อนแค่ไหน? เพื่อตอบคำถามนี้ นักวิทยาศาสตร์จะวัดอุณหภูมิของโลหะเหลว การใช้อุณหภูมิแทนคำ เช่น ร้อน หรือเย็น จะช่วยลดความสับสน
อุณหภูมิทางทฤษฎีต่ำสุด คือ ศูนย์สัมบูรณ์ ซึ่งไม่สามารถดึงพลังงานความร้อนออกจากวัตถุได้อีกต่อไป และหมายถึงอนุภาคในวัตถุ ไม่เกิดการเคลื่อนที่นั่นคือ ไม่มีพลังงานจลน์ ในการทดลองสามารถเข้าใกล้อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์อย่างอย่างใกล้มาก แต่ไม่สามารถทำได้ เนื่องจาก กฎข้อที่3 ของอุณหพลศาสตร์ อุณหภูมิ มีความสำคัญในวิทยาศาสตร์ธรรมชาติทุกสาขาไม่ว่าจะเป็นฟิสิกส์, เคมี, วิทยาศาสตร์, โลก, ดาราศาสตร์การแพทย์, ชีววิทยา, นิเวศวิทยา, ภูมิศาสตร์ และอุตสาหกรรม ตลอดจนแง่มุมส่วนใหญ่ในชีวิตประจำวัน
อุณหภูมิจะวัดโดยเครื่องวัดอุณหภูมิ หรือเทอร์โมมิเตอร์ หน่วยการวัดอุณหภูมิที่พบมากที่สุด คือ องศาเซลเซียส (°C) และฟาเรนไฮต์ (°F) และเคลวิน (K) ซึ่งส่วนใหญ่จะใช้เพื่อวัตถุประสงค์ทางวิทยาศาสตร์ ปัจจุบันเครื่องวัดอุณหภูมิมีหลากหลายประเภท เครื่องวัดรุ่นเก่าใช้ปรอทเหลว ในขณะที่เครื่องมือยุคใหม่ ใช้เซ็นเซอร์อิเล็กทรอนิกส์ สำหรับตรวจวัดอุณหภูมิ
หน่วยวัดอุณหภูมิ มีอะไรบ้าง?
หน่วย SI (International System of Units) ของอุณหภูมิ ตามระบบหน่วยสากล คือ เคลวิน ซึ่งแสดงด้วยสัญลักษณ์ K มาตราส่วนเคลวิน ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวาง หรือใช้ในสาขาวิทยาศาสตร์และวิศวกรรม อย่างไรก็ตามในพื้นที่ส่วนใหญ่ของโลก จะใช้หน่วย องศาเซลเซียส หรือฟาเรนไฮต์ ในการวัดอุณหภูมิ และหน่วยอื่น ๆ ที่คุณอาจไม่ทราบมาก่อน ดังนี้
| 1. เคลวิน (K)
เคลวิน (K) ถูกกำหนดโดย การหาค่าตัวเลขคงที่ของค่าคงที่ Boltzmann อุณหภูมิ 0 K มักเรียกกันว่า “ศูนย์สัมบูรณ์” ในระดับอุณหภูมิเซลเซียสที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย น้ำจะแข็งตัวที่ 0 °C และเดือดที่ประมาณ 100 °C หนึ่งองศาเซลเซียส เป็นช่วงเวลา 1 K และศูนย์องศาเซลเซียส คือ 273.15 K ช่วงเวลาหนึ่งองศาเซลเซียส สอดคล้องกับช่วงเวลา 1.8 ฟาเรนไฮต์ องศาในระดับอุณหภูมิฟาเรนไฮต์ |
| 2. องศาเซลเซียส (°C)
องศาเซลเซียส เป็นหน่วยของการวัดอุณหภูมิ จุดเยือกแข็ง/จุดหลอมเหลวของน้ำ อยู่ที่ประมาณศูนย์องศาเซลเซียส (0 °C) ที่ความดัน 1 บรรยากาศ จุดเดือดของน้ำประมาณหนึ่งร้อยองศาเซลเซียส (100 °C) ที่ความดัน 1 บรรยากาศ ค่าที่แน่นอนขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของน้ำ (โดยปกติ คือ ปริมาณเกลือ) และความกดอากาศ น้ำทะเลมีเกลือ และจุดเยือกแข็งจะลดลงต่ำกว่า 0 °C เมื่อน้ำเดือดบนภูเขาเหนือระดับน้ำทะเล จุดเดือดจะลดลงต่ำกว่า 100 °C สัญลักษณ์ขององศาเซลเซียส คือ °C การแปลงหน่วยระหว่างองศาเซลเซียสเป็นฟาเรนไฮต์ 0 องศาเซลเซียสเท่ากับ 32 องศาฟาเรนไฮต์ : 0 °C = 32 °F อุณหภูมิ T ในองศาฟาเรนไฮต์ (°F) เท่ากับอุณหภูมิ T ในองศาเซลเซียส (°C) คูณ 9/5 บวก 32 : T (°F) = T (°C) × 9/5 + 32 |
| 3. แรงคิน Rankine (°R, °Ra)
หน่วยแรงคิน เขียนย่อ °R หรือ °Ra หน่วยแรงคินถูกนำเสนอโดยนักฟิสิกส์ William John Macquorn Rankine (1820-1872) ซึ่งเสนอในปีคศ 1859 ดังนั้นไม่กี่ปีหลังจากมีผู้นำเสนอหน่วยเคลวิน จุดอ้างอิงคือจุดศูนย์สัมบูรณ์คือ 0 °R เช่นเดียวกับในมาตราส่วนเคลวิน ขนาดของหนึ่งองศาแรนไคน์ เท่ากับขนาดของหนึ่งองศาฟาเรนไฮต์ จุดเยือกแข็งของน้ำเท่ากับ 491.67 °R แรงคินไม่ใช่หน่วยการวัดอุณหภูมิที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย Rankine มีความคล้ายคลึงกับระดับเคลวิน ในศูนย์นั้น คือ ศูนย์สัมบูรณ์ อย่างไรก็ตาม หน่วยถูกกำหนดให้เท่ากับหนึ่งองศาฟาเรนไฮต์ เมื่อเทียบกับหนึ่งองศาเซลเซียส (ตามที่ใช้ในระดับเคลวิน) อุณหภูมิ -459.67 °F เท่ากับ 0 °R |
| 4. เรโอมูร์ (°Ré, °Re, °R)
หน่วยเรโอมูร์ Réaumur ได้รับการแนะนำโดย Réne de Réaumur ในปีค.ศ. 1730 มีจุดอ้างอิงคือจุดเยือกแข็งของน้ำ 0 °Ré และจุดเดือดของน้ำอยู่ที่ 80 °Ré หน่วย Réaumur ถูกใช้ในบางส่วนของยุโรป และรัสเซีย แต่ส่วนใหญ่หายไปในช่วงศตวรรษที่ผ่านมา |
| 5. องศาเดลิเซิล (°D)
องศาเดลิเซิล (Delisle Scale) สัญลักษณ์: (°D) คือ หน่วยวัดอุณหภูมิที่คิดค้นขึ้นในปี ค.ศ. 1732 โดยนักดาราศาสตร์ชาวฝรั่งเศส โจเซฟ-นิโคลัส เดลิเซิล (Joseph-Nicolas Delisle) โดยวัดจุดเดือดของน้ำเป็น 0°D และจุดเยือกแข็งของน้ำอยู่ที่ 150°D เป็นหน่วยที่นิยมใช้ในจักรวรรดิรัสเชีย ในอดีตเป็นเวลากว่า 100 ปี โดยมีผู้ใช้ที่มีชื่อเสียงในวงการวิทยาศาสตร์คือ มิคาอิล โลโมโนซอฟ (Mikhail Lomonosov) นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย ผู้ค้นพบกฎการอนุรักษ์มวลในปฏิกิริยาเคมี เป็นหน่วยการวัดอุณหภูมิที่แปลกกว่าหน่วยวัดอื่น ๆ เพราะ ยิ่งอุณหภูมิในหน่วยองศาเดลิเซิลสูงขึ้น อากาศจะยิ่งเย็นลง สวนทางกับมาตรวัดแบบอื่น ๆ |
วิธีการแปลง หน่วยวัดอุณหภูมิ
คุณสามารถแปลงหน่วย วัดอุณหภูมิระหว่างองศาเซลเซียส องศาฟาเรนไฮต์ และเคลวินได้โดยใช้การคำนวณง่าย ๆ ครั้งหน้าที่คุณต้องการเปลี่ยนหน่วยอุณหภูมิ คุณจะสามารถทำได้โดยใช้เวลาเพียงแค่ไม่กี่วินาที ดังนี้
- แปลงจากองศาฟาเรนไฮต์เป็นองศาเซลเซียส
หน่วยองศาฟาเรนไฮต์กับหน่วยองศาเซลเซียสนั้นเริ่มต้นด้วยเลขที่ไม่เท่ากัน 0 องศาเซลเซียส คือจุดเยือกแข็งของน้ำ ซึ่งเท่ากับ 32 องศาในหน่วยองศาฟาเรนไฮต์ นอกจากจะเริ่มต้นด้วยเลขที่ต่างกันแล้ว หน่วยวัดอุณหภูมิทั้งสองยังมีอัตราการเพิ่มขึ้นที่ไม่เท่ากันด้วย กล่าวคือ ช่วงอุณหภูมิตั้งแต่จุดเยือกแข็งจนถึงจุดเดือดของน้ำในหน่วยองศาเซลเซียส คือ 0-100 องศา แต่ในหน่วยองศาฟาเรนไฮต์จะเป็น 32-212 องศา
ลบ 32 ออกจากหน่วยองศาฟาเรนไฮต์ : เพราะจุดเยือกแข็งในหน่วยองศาฟาเรนไฮต์เท่ากับ 32 แต่ในหน่วยองศาเซลเซียสเท่ากับ 0 เราจึงเริ่มแปลงหน่วยได้โดยการหักลบอุณหภูมิในหน่วยองศาฟาเรนไฮต์ออกไป 32 ก่อน
- ตัวอย่างเช่น ถ้าอุณหภูมิตั้งต้น คือ 74 องศาฟาเรนไฮต์ ก็นำ 32 ลบออกไป 74-32 = 42
นำผลลัพธ์ที่ได้ไปหารด้วย 1.8 : ช่วงอุณหภูมิตั้งแต่จุดเยือกแข็งจนถึงจุดเดือดของน้ำในหน่วยองศาเซลเซียส คือ 0-100 องศา แต่ในหน่วยองศาฟาเรนไฮต์ คือ 32-212 องศา นั่นเท่ากับว่าในช่วงอุณหภูมิ 180 องศาฟาเรนไฮต์นั้น มีค่าเท่ากับ 100 องศาเซลเซียส หรือเท่ากับ 180/100 ซึ่งทำเป็นทศนิยมได้เท่ากับ 1.8 เราจึงนำเลขนี้ไปหาร เพื่อแปลงหน่วยจากองศาฟาเรนไฮต์เป็นองศาเซลเซียส
- ตัวอย่างเช่น ในขั้นแรกเราได้ผลลัพธ์ คือ 42 จากนั้นเราก็นำผลลัพธ์มาหารด้วย 1.8 เป็น 42/1.8 = 23 องศาเซลเซียส ดังนั้น 74 องศาฟาเรนไฮต์ จึงมีค่าเท่ากับ 23 องศาเซลเซียสนั่นเอง
- 1.8 มีค่าเท่ากับ 9/5 หากคุณไม่มีเครื่องคิดเลข หรือถนัดที่จะคำนวณจากเศษส่วนมากกว่า คุณสามารถนำ 9/5 ไปหารแทน 1.8 ก็ได้
▾ ▾ ▾ ▾ ▾ ▾ ▾ ▾ ▾ ▾ ▾ ▾ ▾ ▾ ▾
- แปลงจากองศาเซลเซียสเป็นองศาฟาเรนไฮต์
เรายังคงใช้ตัวเลข 32 และ 1.8 จากความต่างของหน่วยวัดอุณหภูมิดังที่ได้อธิบายไว้ในหัวข้อแรก คราวนี้คุณแค่ใช้หลักการนี้ในทางตรงข้าม
เริ่มด้วยคูณอุณหภูมิในหน่วยองศาเซลเซียสด้วย 1.8 ก่อน
- ตัวอย่างเช่น หากอุณหภูมิตั้งต้นคือ 30 องศาเซลเซียส ให้นำ 1.8 หรือ 9/5 เข้าไปคูณ 30 x 1.8 = 54
จากนั้นให้บวกผลลัพธ์อีก 32 : นำผลลัพธ์ที่ได้จากขั้นตอนที่แล้วมาบวกด้วย 32 แล้วคุณก็จะได้อุณหภูมิในหน่วยองศาฟาเรนไฮต์
- จากผลลัพธ์ในขั้นตอนที่แล้วซึ่งเท่ากับ 54 ให้เรานำ 32 บวกเข้าไป 54+32 = 86 ดังนั้น 30 องศาเซลเซียสจึงเท่ากับ 86 องศาฟาเรนไฮต์
▾ ▾ ▾ ▾ ▾ ▾ ▾ ▾ ▾ ▾ ▾ ▾ ▾ ▾ ▾
- แปลงจากองศาเซลเซียสเป็นเคลวิน
แม้ว่าตัวเลขระหว่างหน่วยองศาเซลเซียสกับหน่วยเคลวินจะต่างกับตัวเลขระหว่างหน่วยองศาเซลเซียสกับหน่วยองศาฟาเรนไฮต์อยู่มาก แต่สิ่งหนึ่งที่องศาเซลเซียสกับเคลวินเหมือนกันคือ อัตราในการเพิ่มขึ้นใน 1 องศา อัตราส่วนระหว่างองศาเซลเซียสกับองศาฟาเรนไฮต์นั้นคือ 1:1.8 แต่อัตราส่วนระหว่างองศาเซลเซียสกับเคลวินคือ 1:1
- แม้จะดูแปลกที่ว่าจุดเยือกแข็งของหน่วยเคลวินนั้นมีค่ามากถึง 273.15 เคลวิน แต่นั่นเป็นเพราะว่าหน่วยวัดอุณหภูมินี้ เริ่มคิดจากจุดศูนย์สัมบูรณ์ โดยอุณหภูมิที่จุดนี้จะเท่ากับ 0 เคลวินพอดี
นำอุณหภูมิในหน่วยองศาเซลเซียสบวกเพิ่มไป 273.15 และเนื่องจากอุณหภูมิทั้งสองหน่วยมีอัตราในการเพิ่มขึ้นที่เท่ากัน การแปลงหน่วยจากองศาเซลเซียสเป็นเคลวินจึงทำได้ง่าย ๆ แค่บวกด้วย 273.15
- ตัวอย่างเช่น หากอุณหภูมิตั้งต้นคือ 30 องศาเซลเซียส ก็ให้บวกเข้าไปอีก 273.15 เป็น 30+273.15 = 303.15 เคลวิน
▾ ▾ ▾ ▾ ▾ ▾ ▾ ▾ ▾ ▾ ▾ ▾ ▾ ▾ ▾
- แปลงจากเคลวินเป็นองศาเซลเซียส
อัตราส่วนระหว่างองศาเซลเซียสและเคลวินเท่ากับ 1:1 และหน่วยวัดอุณหภูมินี้ต่างกัน 273.15 จากนั้นคุณก็แค่สลับวิธีที่คุณแปลงหน่วยจากองศาเซลเซียสเป็นเคลวินในทางตรงข้าม
ลบ 273.15 ออกจากอุณหภูมิในหน่วยเคลวิน : สมมติว่าอุณหภูมิเริ่มต้นคือ 280 เคลวิน คุณก็นำ 273.15 ลบออกเป็น 280-273.15 = 6.85 องศาเซลเซียส
▾ ▾ ▾ ▾ ▾ ▾ ▾ ▾ ▾ ▾ ▾ ▾ ▾ ▾ ▾
- แปลงจากเคลวินเป็นองศาฟาเรนไฮต์
สิ่งสำคัญที่ควรรู้ในการแปลงหน่วยระหว่างเคลวินกับองศาฟาเรนไฮต์ คือ อัตราการเพิ่มขึ้น เนื่องจากอัตราในการเพิ่มขึ้นของเคลวินและองศาเซลเซียสนั้นเท่ากัน ดังนั้นอัตราส่วนระหว่างเคลวินกับองศาฟาเรนไฮต์จึงเท่ากับอัตราส่วนระหว่างองศาเซลเซียสกับองศาฟาเรนไฮต์ ซึ่งก็คือ เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น 1 เคลวิน อุณหภูมิในหน่วยองศาฟาเรนไฮต์จะเพิ่มขึ้น 1.8 องศา
คูณอุณหภูมิในหน่วยเคลวินด้วย 1.8 : ตามอัตราส่วนระหว่างเคลวินและองศาฟาเรนไฮต์
- เช่น อุณหภูมิตั้งต้นคือ 295 เคลวิน ก็ให้คูณตัวเลขนี้ด้วย 1.8 เป็น 295 x 1.8 = 531
จากนั้นนำผลลัพธ์ที่ได้ลบออกด้วย 459.7 : โดยใช้หลักการเดียวกับที่เราต้องบวกตัวเลขเพิ่มไปอีก 32 เมื่อเราแปลงหน่วยจากองศาเซลเซียสเป็นองศาฟาเรนไฮต์ โดยดูที่จุดเริ่มต้น เมื่อเราแปลงหน่วยเคลวินเป็นฟาเรนไฮต์ ก็ต้องทำเช่นกัน แต่ 0 เคลวินเท่ากับ -459.7 ฟาเรนไฮต์ นั่นแปลว่าเราต้องลบผลลัพธ์ที่ได้ออกด้วยเลขจำนวนนี้แทน
- จากตัวอย่างที่แล้ว ให้เราลบผลลัพธ์ออกด้วย 459.7 จึงเป็น 531-439.7 = 71.3 องศาฟาเรนไฮต์
▾ ▾ ▾ ▾ ▾ ▾ ▾ ▾ ▾ ▾ ▾ ▾ ▾ ▾ ▾
- แปลงจากองศาฟาเรนไฮต์เป็นเคลวิน
ลบอุณหภูมิในหน่วยองศาฟาเรนไฮต์ออกไป 32 : เนื่องจากการแปลงหน่วยจากองศาฟาเรนไฮต์เป็นเคลวิน ทำได้ง่ายกว่าถ้าเราแปลงองศาฟาเรนไฮต์เป็นองศาเซลเซียสก่อน แล้วจึงค่อยแปลงเป็นเคลวิน
- สมมติว่า อุณหภูมิที่ต้องการแปลงคือ 82 องศาฟาเรนไฮต์ นำ 82 ลบออกไป 32 เป็น 82-32 = 50
คุณผลลัพธ์ที่ได้ด้วย 5/9 เพื่อเปลี่ยนอุณหภูมิเป็นองศาเซลเซียส หรืออาจจะหารด้วย 1.8 แทนก็ได้
- 50 x 5/9 = 27.78 ตอนนี้เราก็จะได้อุณหภูมิในหน่วยองศาเซลเซียสแล้ว
จากนั้นบวกผลลัพธ์ที่ได้ด้วย 273.15 เนื่องจาก ผลต่างระหว่างองศาเซลเซียสกับเคลวิน คือ 273.15
- 273.15+27.78 = 300.9 ดังนั้น 82 องศาฟาเรนไฮต์จึงเท่ากับ 300.9 เคลวิน
เป็นอย่างไรบ้างกับความรู้เรื่อง อุณหภูมิ หน่วยวัดอุณหภูมิ ต่าง ๆ พร้อมวิธีแปลงค่า หวังว่าบทความนี้ คงจะทำให้ผู้อ่านได้ความรู้ไม่มากก็น้อย
