Stupeň: Malá jednotka s velkým vlivem na náš svět

Stupen

Co je to stupeň?

Stupeň je jednotka používaná k vyjádření teploty. Teplota je fyzikální veličina, která popisuje, jak horký nebo studený je objekt nebo prostředí. Stupeň sám o sobě není jednotkou teploty, ale spíše intervalem na teplotní stupnici. Existuje několik různých teplotních stupnic, z nichž nejběžnější jsou Celsiova stupnice (°C), Fahrenheitova stupnice (°F) a Kelvinova stupnice (K). Každá z těchto stupnic má jiný referenční bod a jiný interval mezi stupni. Například rozdíl mezi bodem mrazu a bodem varu vody je na Celsiově stupnici 100 stupňů, zatímco na Fahrenheitově stupnici je to 180 stupňů. Kelvinova stupnice je absolutní teplotní stupnice, kde 0 K představuje absolutní nulu, což je nejnižší možná teplota. Při vyjadřování teploty je důležité uvést použitou teplotní stupnici, aby bylo jasné, jak horký nebo studený objekt nebo prostředí ve skutečnosti je.

Historie měření teploty

Měření teploty má dlouhou a pestrou historii, která je úzce spjata s vývojem teplotních stupnic a jednotek. Již starověcí učenci si uvědomovali existenci tepla a chladu, ale postrádali spolehlivé metody pro jejich kvantifikaci. První pokusy o měření teploty se objevily v 16. století. Vynález teploměru, zařízení určeného k měření teploty, se připisuje Galileu Galileimu. Jeho primitivní teploměr, založený na roztažnosti vzduchu, nebyl příliš přesný a postrádal standardizovanou stupnici. Významného pokroku v měření teploty dosáhl v 18. století Daniel Gabriel Fahrenheit. Ten zkonstruoval přesnější typ teploměru, využívající roztažnost rtuti, a zavedl teplotní stupnici, která nese jeho jméno – Farenheitovu stupnici. Na ní je bod mrazu vody definován jako 32 °F a bod varu jako 212 °F. Vědecká komunita však postupně začala preferovat jinou teplotní stupnici, kterou navrhl Anders Celsius. Celsiův stupeň (°C), dnes nejpoužívanější jednotka teploty, rozděluje teplotní interval mezi bodem mrazu (0 °C) a bodem varu vody (100 °C) na sto stejných dílků.

Různé stupnice

V oblasti měření teploty se setkáváme s různými teplotními stupnicemi, z nichž každá používá jinou stupnici a jednotku. Stupnice určuje číselné hodnoty teplotě, zatímco jednotka teploty udává, jak velký je jeden dílek na této stupnici. Mezi nejznámější teplotní stupnice patří Celsiova, Fahrenheitova a Kelvinova stupnice. Celsiova stupnice, běžně používaná v Evropě a mnoha dalších částech světa, definuje 0 °C jako bod tání ledu a 100 °C jako bod varu vody při standardním atmosférickém tlaku. Fahrenheitova stupnice, převládající v USA, má odlišné referenční body: 32 °F pro bod tání ledu a 212 °F pro bod varu vody. Kelvinova stupnice, používaná zejména ve vědecké oblasti, je absolutní teplotní stupnice, kde 0 K představuje absolutní nulu, tedy nejnižší možnou teplotu. Přepočet mezi těmito stupnicemi je možný pomocí specifických vzorců.

Celsiova stupnice

Celsiova stupnice je teplotní stupnice, která se používá ve většině zemí světa. Na Celsiově stupnici je 0 °C definován jako bod mrznutí vody a 100 °C jako bod varu vody při standardním atmosférickém tlaku. Tato stupnice je pojmenována po švédském astronomovi Andersovi Celsovi, který ji navrhl v roce 1742.

Jednotkou teploty na Celsiově stupnici je stupeň Celsia, který se označuje symbolem °C. Jeden stupeň Celsia se rovná jednomu kelvinu, což je základní jednotka teploty v soustavě SI. Celsiova stupnice je lineární stupnice, což znamená, že rozdíl teploty o jeden stupeň Celsia je stejný v celém rozsahu stupnice. Celsiova stupnice se používá v mnoha oblastech, včetně meteorologie, vaření, vědy a techniky.

Fahrenheitova stupnice

Fahrenheitova stupnice je teplotní stupnice pojmenovaná po německém fyzikovi Danielu Gabrielovi Fahrenheitovi. Stupeň Fahrenheita (značený °F) je jednotka teploty používaná v USA a několika dalších zemích. Na Fahrenheitově stupnici je bod tuhnutí vody 32 °F a bod varu vody 212 °F, oba při standardním atmosférickém tlaku. Rozsah mezi bodem tuhnutí a bodem varu vody je tedy rozdělen na 180 stejných dílků, nazývaných stupně.

Fahrenheitova stupnice byla původně definována pomocí dvou referenčních bodů. Fahrenheit stanovil 0 °F jako nejnižší teplotu, kterou dokázal v laboratoři dosáhnout směsí ledu, vody a chloridu amonného. Poté definoval 96 °F jako teplotu zdravého lidského těla (měřeno v ústech nebo podpaží). Později byla stupnice předefinována s přesnějšími referenčními body - bodem tuhnutí a bodem varu vody.

Dnes se Fahrenheitova stupnice používá především v USA, ale i v některých dalších zemích, jako jsou Bahamy, Kajmanské ostrovy a Belize. Ve většině světa se však používá Celsiova stupnice, která je součástí Mezinárodní soustavy jednotek (SI). Pro převod teploty z Fahrenheitovy stupnice na Celsiovu stupnici se používá vzorec: °C = (°F - 32) × 5/9. Naopak, pro převod z Celsiovy stupnice na Fahrenheitovu stupnici se používá vzorec: °F = (°C × 9/5) + 32.

Kelvinova stupnice

Je jednou ze tří nejpoužívanějších teplotních stupnic na světě, vedle Celsiovy a Fahrenheitovy. Hlavní jednotkou Kelvinovy stupnice je kelvin, značený velkým písmenem K. Tato stupnice je založena na absolutní nule, což je teoretický stav, kdy je pohyb částic v látce minimální a nelze dosáhnout nižší teploty. Absolutní nula je definována jako 0 K, což odpovídá -273,15 °C.

Kelvin je jednotkou termodynamické teploty, která je jednou ze základních jednotek soustavy SI. Jeden kelvin je definován jako zlomek 1/273,16 termodynamické teploty trojného bodu vody. Trojný bod vody je stav, kdy voda existuje ve všech třech skupenstvích – pevném, kapalném a plynném – současně.

Kelvinova stupnice se používá v mnoha vědeckých a technických oborech, jako je fyzika, chemie, astronomie a strojírenství. Je to proto, že je to absolutní stupnice, což znamená, že její nula je pevně stanovena a nezávisí na libovolném bodu tání nebo varu látky. Díky tomu je Kelvinova stupnice ideální pro vědecké výpočty a srovnávání teplot.

Převody mezi stupnicemi

Teplota je fyzikální veličina, která vyjadřuje vnitřní tepelný stav hmoty. Pro její měření používáme různé teplotní stupnice. Mezi nejznámější patří Celsiova stupnice (°C), Fahrenheitova stupnice (°F) a Kelvinova stupnice (K). Každá z těchto stupnic má jiný referenční bod a jiný teplotní interval. Převody mezi těmito stupnicemi jsou důležité pro pochopení a interpretaci teplotních údajů z různých zdrojů.

Pro převod mezi Celsiovou a Fahrenheitovou stupnicí existují následující vzorce:

z °C na °F: (°C 9/5) + 32 = °F

z °F na °C: (°F - 32) 5/9 = °C

Kelvinova stupnice je absolutní teplotní stupnice, kde 0 K představuje absolutní nulu, tedy stav s nejnižší možnou vnitřní energií. Pro převod mezi Celsiovou a Kelvinovou stupnicí platí:

z °C na K: °C + 273.15 = K

z K na °C: K - 273.15 = °C

Je důležité si uvědomit, že při převodu teplotních rozdílů (intervalů) se nepoužívá konstanta 32, jelikož se jedná o rozdíl mezi dvěma body na stupnici, nikoliv o absolutní hodnotu.

Využití v běžném životě

Všichni se s teplotou setkáváme denně, ať už je léto nebo zima. Teplota určuje, jak moc je něco horké nebo studené. Měříme ji pomocí stupňů, nejčastěji ve stupních Celsia (°C). Ráno se podíváme na teploměr, abychom se správně oblékli. Podle teploty venku se rozhodujeme, jestli si vezmeme tričko nebo teplý kabát. Jednotka teploty hraje důležitou roli i při vaření a pečení. Recept nám přesně říká, na kolik stupňů máme troubu předehřát, aby byl koláč správně upečený. Podobně je tomu i při vaření polévky nebo přípravě masa. Teplotu sledujeme i v případě nemoci. Zvýšená teplota je signálem, že s naším tělem není něco v pořádku. Všímáme si také teploty potravin, abychom se vyhnuli zkaženým jídlům. Teplota zkrátka ovlivňuje náš každodenní život v mnoha ohledech.

Jednotka teploty Hodnota ve stupních Celsia (°C)
Bod mrazu vody 0 °C
Bod varu vody (při normálním tlaku) 100 °C
Průměrná teplota lidského těla 37 °C

Zajímavosti o teplotě a stupních

Věděli jste, že existuje hned několik stupnic a jednotek pro měření teploty? Nejznámější jsou asi stupně Celsia (°C), používané ve většině světa. Vědecké obory často pracují se stupni Kelvina (K), kde 0 K představuje absolutní nulu, tedy nejnižší možnou teplotu. Ve Spojených státech amerických se zase běžně setkáte se stupni Fahrenheita (°F). Zajímavostí je, že stupnice Celsia byla původně definována opačně, než jak ji známe dnes. Bod mrazu vody byl 100 °C a bod varu 0 °C. Teprve později došlo k obrácení stupnice, abychom se vyhnuli záporným hodnotám při běžných teplotách. Převod mezi jednotlivými stupnicemi není složitý, ale vyžaduje použití specifických vzorců.

Publikováno: 22. 10. 2024

Kategorie: vzdělání