Lämpötila-asteikko

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun

Lämpötila-asteikko on keino muuttaa mitattavan kohteen lämpötila helposti ymmärrettävään ja kirjattavaan numeeriseen muotoon.

Asteikkojen perustyypit ja määrittelytavat[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Lämpötila-asteikkoja on absoluuttisia- ja suhteellisia asteikkoja. Absoluuttinen asteikko [1][2] on nolla silloin, kun mitattavassa aineessa ei ole lämpöliikettä. Tätä lämpötilaa kutsutaan absoluuttiseksi nollapisteeksi. Absoluuttiset asteikot ovat teknistesti suhdeasteikkoja, jossa lämpötilan arvoille voidaan suorittaa kerto- ja jakolaskuja yhteen- ja vähennyslaskuista puhumattakaan.[3] Tilastolliset tunnusluvut, kuten aritmeettinen-, geometrinen- ja harmoninen keskiarvo sekä keskihajonta, varianssi, keskipoikkeama, kvartiilipoikkeama ja variaatiokerroin ovat mielekkäitä lämpötilan käsitteen mielessä.[4][5]

Suhteelliset asteikot [2][6][7] ovat empiirisiä, koska yleensä kaksi sen lämpötiloista on määritetty referenssipisteiden avulla. Referenssipisteet on valittu luontevalla tavalla olemaan sellaisia lämpötiloja, jotka kenekä tahansa on ollut helppo järjestää. Tällaisia ovat olleet esimerkiksi veden jäätymis- ja kiehumispisteet. Asteikkoja kutsutaan suhteellisiksi asteikoiksi, koska lämpötilat ilmoitetaan suhteessa valittuun nollapisteeseen, joka on toinen referenssipisteistä (Celsius-asteikolla veden jäätymispiste 0 °C). Suhteelliset asteikot ovat teknisesti intervalli- eli välimatka-asteikkoja, jossa lämpötilan arvoille voidaan suorittaa korkeintaa yhteen- ja vähennyslaskuja, muttei kerto- ja jakolaskuja.[3] Tilastolliset tunnusluvut kuten aritmeettinen keskiarvo sekä keskihajonta, varianssi, keskivirhe ja kvartiilipoikkeama ovat mielekkäitä lämpötilan käsitteen mielessä.[4][5]

Absoluuttisessa lämpötila-asteikoissa on absoluuttinen nollapiste valittu asteikon nollapisteeksi. Toista referenssipistettä ei sinänsä tarvita, jos määritellään asteikkoväli samaksi kuin toisessa lämpötila-asteikossa. Näin onkin menetelty kelvin-asteikossa (1 K = 1 °C) ja Rankine-asteikossa (1 °Ra = 1 °F). Kelvin-asteikolle on kuitenkin määritelty referenssipiste, jolla asteikkoväli määritellään tarkasti.[2]

Lämpötila-asteikko syntyy tavasta jakaa referenssipisteiden väli osiin eli asteisiin. Tässä ei ole käytetty mitään fysikaalista perustetta, vaan jako on usein tehty vain matemaattisin perustein. Yleensä jako on vielä tasajako, jolloin lämpömittarin nesteen lämpölaajenemiskertoimen epälineaarista riippuvuutta lämpötilasta ei olla huomioitu. Esimerkiksi Celsius-asteikossa referenssipisteiden väli jaettiin 100 osaan eli senttigraadeihin. Sen sijaan Rømer-asteikon jakoperuste oli mutkikkaampi, sillä keksijä ei halunut käsitellä negatiivisia lukemia. Tämän vuoksi hän siirsi nollapisteen referenssivälin 1/7-osan verran kylmempään suuntaan ja suoritti nollapisteen ja veden kiehumispisteen välille jaon 60 osaan.[8][9][10]

Suhteelliset asteikot[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Nykyään on laajassa käytössä enää kaksi suhteellista asteikkoa. Ne ovat Celsius- ja Fahrenheit-asteikot. Historiasta tiedetään kuitenkin useita erilaisia lämpötila-asteikkoja, joita ainakin historian tutkijan tulisi osata "lukea". Lämpömittareiden keksimisen aikoihin monet tutkijat ja laboratoriot käyttivät itse valmistamia mittareita, joiden asteikot poikkesivat toista monin tavoin. Tässä on lueteltu niistä vain osa.

Newton-asteikko (yksikön tunnus °N) on historiallinen asteikko, jonka britti Isaac Newton esitteli 1700-luvun alkuvuosina. Asteikon referenssipisteet otettiin veden sulamispisteestä ja ihmisen ruumiinlämmöstä. Hän asetti näille arvot 0 °N ja 12 °N.[11]
Rømer-asteikko (yksikön tunnus °Rø) on historiallinen asteikko, jonka kehitti tanskalainen Ole Rømer 1700-luvun alussa. Asteikon referenssipisteet otettiin veden sulamis- ja kiehumispisteistä. Hän asetti näille arvot 7,5 °Rø ja 60 °Rø.[8]
Fahrenheit-asteikko (yksikön tunnus °F) on käyössä oleva lämpötila-asteikko, jonka kehittäjä oli hollantilainen Gabriel Fahrenheit vuonna 1724. Asteikon referenssipisteet otettiin jäisestä suolaliukosesta ja ihmisen ruumiinlämmöstä. Hän valitsi referenssipisteiksi veden jäätymispisteen ja ihmisen ruuminlämmön ja astetti näille arvot 32 °F ja 96 °F.[8][12]
Réaumur-asteikko (yksikön tunnus °Ré tai °Re) on historiallinen lämpötila-asteikko, jonka esitteli ranskalainen René de Réaumur vuonna 1730. Asteikon referenssipisteet otettiin veden sulamis- ja kiehumispisteistä. Hän asetti näille arvot 0 °Ré ja 80 °Ré.[12]
Delisle-asteikko (yksikön tunnus °De tai °D) on historiallinen lämpötila-asteikko, jonka esitteli ranskalainen Joseph-Nicolas Delisle vuonna 1732. Asteikon referenssipisteet otettiin veden sulamis- ja kiehumispisteistä. Asteikosta tuli käänteinen, sillä kiehumispiste merkittiin 0 °De ja sulamispiste 150 °De.
Celsius-asteikko (yksikön tunnus °C) on yleisin käytössä oleva lämpätila-asteikko, jonka esitteli aluksi ruotsalainen Anders Celsius laskevana asteikkona vuonna 1742 (Delisleen vaikutusta). Siinä kiehumispiste oli 0 °C ja jäätymispiste 100 °C. Myöhemmin asteikon numerointi käännettiin nykyiseksi, jolloin jäätymispisteeksi tuli 0 °C ja kiehumispisteeksi 100 °C.[9][12]
Leiden-asteikko (yksikön tunnus °L tai ÐL) on historiallinen lämpötila-asteikko, jota käytettiin 1900-luvun alkupuolella matalien, alle -183 °C, lämpötilojen mittaamiseen Hollannissa. Siinä nollapiste oli luonnollisen vedyn kiehumispiste (noin 20,4 K) ja asteikkovälinä käytettiin kelvineitä. Absoluuttinen nollapiste oli noin -20,4 °L.[13]

Absoluuttiset asteikot[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Laajemmin käytetyistä absoluuttisista lämpötila-asteikoista vain kelvin on enää käytössä.

Kelvin-asteikko (yksikön tunnus K) on tieteessä käytettävä lämpötila-asteikko, jonka esitteli William Thomson eli lordi Kelvin vuonna 1848. Asteikkovälinä kätetään 1 K = 1 °C eli samaa, kuin Celsius-asteikossa.[12]
Rankine-asteikko (yksikön tunnus °R tai °Ra) on historiallinen lämpötila-asteikko, jota William Rankine esitteli vuonna 1859. Asteikkovälinä kätettiin 1 °Ra = 1 °F eli samaa, kuin Fahrenheit-asteikossa. Tätä asteikkoa on käytetty USA:ssa vielä hiljattain kelvin-asteikon sijasta juuri Fahrenheit-asteikosta tutun jakovälinsä takia.[14][15]

Varhaisia lämpötilamittareita[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Taulukkoon on koottu eräitä varhaisia lämpömittareiden tunnettuja asteikkoja 1600−1700-luvuilla. Taulukon mittareille on ominaista huonot dokumentit. Joitakin mittareita on jäljellä museoissa ja osasta tietetään vain mittaustietoja. Mikäli tiedoista puuttui esimerkiksi kiehumispiste, ei mittarilla varmaankaan voinnut sitä mitata, koska sen mittaputken pituus ei siihen riittämyt. Useimmat mittarit tehtiin meteorologisia mittauksia varten. Taulukko on kopioitu Boltonin tekstistä täydentäen.[16] Taulukkoon lisätyt mitta-asteikot on merkitty lähteillä erikseen. Jos arvon jäljessä on tähti (*), on sen arvo laskettu taulukon muista arvoista.

Mitta-asteikon
nimi
Esittely-
vuosi
Aine Asteikon
nollapiste
Veden jäätymis-
piste (0 °C)
Ruumiinlämpö
(35−37 °C)
Veden kiehumis-
piste (100 °C)
Firenze I 1641 ilma −29 °C * 18,5 73 174
Firenze II 1641 ilma −9 °C * 13,5 37,5 81,7
Pariisi 1670 ilma −54 °C * 25 102 239
Dalencé 1688 ilma 15 °C −10 14 *
Newton 1701 pellavaöljy 0 °C 0 12,5 33−34
Rømer I [8] 1701 [8] alkoholi [8] 0 °C [8] 7,5 [8] 11−12 * 60 [8]
Amontons 1702 ilma −240 °C * 51,5 59,2 73
De la Hire 1706 ilma −20 °C * 23 89 119,4
Fahrenheit I 1706 [8] alkoholi 9 °C * −30 90
Rømer II [8] 1708 [8] alkoholi [8] 0 °C [8] 7,5 [8] 22,5 [8]
Fahrenheit II [8] 1709 [8] alkoholi [8] −18 °C [8] 12 [8] 24 [8] 53 *
Fahrenheit III 1714 elohopea −18 °C 32 96 212
Poleni 1709 −258 °C * 47,3 52,8 62,9
Barusdorf 1713 −14 °C * 4,7 * 13
Lange 1715 −14,5 °C * 8,6 * 24
Kirch 1715 −21 °C * 7 22,7
La Court −19 °C * 15 45
Crucquins 1717 ilma −243 °C * 1070 1227 1510
Royal Society 0 °F = 85,9 73,3
Folwer 1727 11 °C * −35 5 *
Hales 1727 0 °C 0 52 163
Richter 1729 −14,6 °C * 18 47,2
Réaumur 1730 alkoholi 0 °C 0 30,8 80
Edinburgh 1731 −17 °C 8,2 22,2 47
De l'Isle eli Delisle 1733 100 °C 150 96,5 0
Hanow 1739 -18 °C 30 90,1
Du Crest 1740 −11,6 °C * 10,4 22,8 100
Ludolf −19 °C * 32 89
Celsius 1742 elohopea 100 °C 100 64,3 0
Christin 1743 0 °C 0 35,5 100
Linné [17] 1744 [17] elohopea [17] 0 °C [17] 0 [17] 35,5 [17] 100 [17]
Miles 1747 0 °C 0 64
Strömer 1750 elohopea [17] 0 °C 0 35,5 100
Bergen −3,5 °C * 6 60 * 174
Sulzer 1758 0 °C 0 56 156
Brisson 1761 elohopea 0 °C 0 30,9
Sue de Lyon elohopea 0 °C 0 35,6
De Luc 1772 elohopea 0 °C 0 28,5
Murray −40 °C * 99 190 * 347

Muunnostaulukko eri lämpötila-asteikkojen välillä[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Asteikkojen vertailu käy graafisesti oheisen taulukon avulla. Se ei ole aivan tarkka arvoiltansa.

Katso myös[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Viitteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. Your Dictionary Science: Absolute temperature scale
  2. a b c Lämpöopin luentomoniste, s.4-5, 1997
  3. a b Hyhkö, Heikki: Tilastotieteen johdantokurssi, s. 27-32, 2013
  4. a b Hyhkö, Heikki: Tilastotieteen johdantokurssi, s. 59-60, 2013
  5. a b Hyhkö, Heikki: Tilastotieteen johdantokurssi, s. 73, 2013
  6. Your Dictionary Science: Relative temperature scale
  7. The Free Dictionary of Farlex: Relative temperature scale
  8. a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v Rundetaarn.dk: Historiikki (englanniksi)
  9. a b History of astronomy in Uppsala: History of the Celsius temperature scale
  10. Tiittonen & Tulkki: Fysiikka I (luentokalvot)
  11. Dr. Grigull, Ulrich: Newton's temperature scale and the law of cooling. Wärme- und Stoffübertragung/Heat and Mass Transfer, 1984, 18. vsk, nro 4, s. 195–199. doi:10.1007/BF01007129. Artikkelin verkkoversio (pdf) Viitattu 1.3.2013. (englanniksi)
  12. a b c d Brannan: Temperature Scales & Fixed Points
  13. en.Vionto: Leiden scale:all facts at a glance
  14. NIST Guide to the SI - B.8. Factors for Units Listed Alphabetically: degree Rankine
  15. Infoplease: Rankine temperature scale
  16. Bolton, Henry: Evolution of the thermometer, 1900, s. 88-89
  17. a b c d e f g h Uppsalan Yliopisto: Linnaeus’ thermometer, 2008

Aiheesta muualla[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]