Lämpötilan yksiköt

Kineettinen lämpötila ja mustan kappaleen lämpötila perustuvat tavalla tai toisella energian määrään. Energia on valitettavasti hiukan epähavainnollinen suure ja myös vähän hankalasti mitattavissa. Siksi tavalliset ilman lämpötilaa mittaavat lämpömittarit perustuvatkin aivan eri ilmiöön, nesteiden lämpölaajenemiseen. Nesteenä on tavallisesti joko elohopea tai värjätty sprii. Elohopea jähmettyy jo -39 asteessa, joten kovin kylmissä oloissa sitä ei voi käyttää. Sprii sen sijaan toimii hyvin kaikissa maanpinnalla esiintyvissä lämpötiloissa.

Absoluuttisen nollapisteen suhteen mitattu lämpötila on absoluuttinen lämpötila, joka ei voi saada negatiivisia arvoja. Absoluuttinen lämpötila ilmoitetaan kelvineinä. Kelvinin lyhenne on K. Esimerkiksi veden sulamispiste on 273.16 K. Kelvin on lämpötilan virallinen SI-standardin mukainen yksikkö. Kelvinit ovat kuitenkin hieman hankalia ja epähavainnollisia jokapäiväiseen käyttöön, joten käytämme yleensä muita yksiköitä.

Meille tutuin celsiusaste, °C, on muuten sama kuin kelvin, mutta asteikon nollakohta on siirretty veden sulamispisteen kohdalle. Veden kiehumispiste puolestaan on 100°C. Jos tarkastelemme vain lämpötilaeroja, on aivan sama käytämmekö kelvineitä vai celsiusasteita. Absoluuttinen lämpötila saadaan lisäämällä 273.16 celsiusasteina ilmoitettuun lämpötilaan. Itse asiassa celsiusasteet ovat vanhempia kuin kelvinit. Asteikon kehitti Upsalan yliopiston tähtitieteen professori ja monipuolinen luonnontutkija Anders Celsius (1701-1744).

Kelvin-aste valittiin myöhemmin tarkoituksella samansuuruiseksi kuin celsiusaste. Yksikkö on saanut nimensä englantilaisen fyysikon ja lämpöopin tutkijan William Thomsonin eli lordi Kelvinin (1824-1907) mukaan. Lordi Kelvin osoitti ensimmäisenä teoreettisesti absoluuttisen nollapisteen olemassaolon.

Kelvin- ja celsiusasteet riittävätkin meidän käyttöömme. Aikojen kuluessa on syntynyt muitakin yksiköitä. Niistä yhä käytössä ovat Fahrenheit-asteet. Asteikko oli aiemmin yleisessä käytössä englanninkielisissä maissa, mutta useimmat ovat lopulta siirtyneet SI-yksiköihin.

Yhdysvalloissa käytetään yhä vanhaa Fahrenheit-asteikkoa, joka on varsinkin sikäläisten TV-sään esittäjien suosiossa: kymmenen Fahrenheit-astetta on noin 6 celsiusastetta, mikä on usein järkevä lämpötilan ennustustarkkuus. TV-meteorologi voi siis luetella "maanantaina 70, tiistaina 60, rannikolla vain 50 astetta" ilman mitään hankalia vaihteluvälejä tyyliin "miinus kahdesta plus neljään".

Fahrenheit-asteikon kehitti saksalainen fyysikko Daniel Gabriel Fahrenheit (1686-1736), joka myös keksi sprii- ja elohopealämpömittarit. Asteikon keksijän mielestä ilmeisesti kylmintä kuviteltavissa olevaa ainetta oli seos, jossa oli yhtä paljon suolaa ja lunta. Tällaisen sohjon lämpötila on asteikon nollakohta. Veden sulamispiste on 32°F ja kiehumispiste 212°F, joten niiden väli on 180 astetta. Fahrenheit-aste on valittu siten, että ihmisen normaalilämmöksi saatiin lähellä sataa oleva luku.

Lämpötilan asteikot. Vasemmalla Kelvin-asteet, sitten Celsius-, Réaumur- ja Fahrenheit-asteet. Réaumur-asteikko on jäänyt pois käytöstä jo lähes kokonaan.