Как переводить температуру между шкалами
Температура — одна и та же физическая величина, но записать её можно в разных шкалах: Цельсий (°C), Фаренгейт (°F) и Кельвин (K). Перевод между ними — это не «пересчёт другой величины», а просто смена начала отсчёта и цены деления. Радиолюбителю это нужно постоянно: даташит на микросхему указывает рабочий диапазон в °C, зарубежный прибор показывает °F, а физические формулы (сопротивление проводника, тепловое шумовое напряжение, срок службы компонента) требуют абсолютную температуру в Кельвинах. Калькулятор выше берёт одно введённое значение, определяет исходную шкалу и мгновенно пересчитывает две остальные — удобно, когда под рукой температура кристалла Tj в градусах Цельсия, а формула теплового шума просит Кельвины.
°F = °C · 9/5 + 32 K = °C + 273,15 °C = (°F − 32) · 5/9 °C = K − 273,15
Все переводы удобно вести через Цельсий как «мост»: сначала приводим вход к °C, затем из °C получаем °F и K. Именно так устроена логика калькулятора. Множитель 9/5 = 1,8 задаёт разную цену деления, а слагаемые 32 и 273,15 — разные точки нуля. Обратите внимание: 9/5 применяется только к Фаренгейту, а Кельвин отличается от Цельсия ровно на постоянный сдвиг 273,15 без всякого масштабирования.
Чем отличаются три шкалы
Цельсий привязан к воде: 0 °C — таяние льда, 100 °C — кипение при нормальном давлении. Это бытовой и «компонентный» стандарт: диапазоны конденсаторов, диодов, плат почти всегда в °C. Кельвин — шкала СИ, её ноль совпадает с абсолютным нулём (−273,15 °C), ниже которого температуры физически не существует. Шаг градуса у Кельвина и Цельсия одинаков, поэтому разность температур ΔT численно совпадает: нагрев на 10 °C — это нагрев на 10 K. Именно поэтому тепловое сопротивление радиатора выражают в K/Вт или, что то же самое, в °C/Вт — см. расчёт радиатора. Фаренгейт исторически мельче: один градус Цельсия равен 1,8 °F, а ноль сдвинут так, что вода замерзает при 32 °F. В российской электронике °F встречается редко, но всплывает в импортных мануалах и на американских приборах.
Точность, округление и типовые ошибки
Самая частая ошибка — забыть сдвиг 32 у Фаренгейта и умножать «голое» значение на 1,8. Вторая — путать температуру и разность температур. Для абсолютного значения к Кельвину прибавляется 273,15, а для перепада — ничего: если кристалл нагрелся на 45 K, это ровно 45 °C прироста, и коэффициент 273,15 здесь не участвует. Третья ловушка — константа: строгое значение 273,15, а не округлённое «273»; при точных расчётах шумов и калибровке датчиков лишние 0,15 K заметны. Полезно помнить единственную точку, где шкалы Цельсия и Фаренгейта совпадают: −40 °C = −40 °F. Виджет сохраняет два знака после запятой и предупреждает, если результат опускается ниже 0 K — верный признак опечатки во входных данных. Для быстрой прикидки в уме годятся два приёма: чтобы из °C получить примерные °F, удвойте значение и прибавьте 30 (для 25 °C выйдет 80 °F — грубо, но близко к точным 77), а Кельвины из Цельсия — это просто «плюс 273». Точный ответ всё равно оставьте за калькулятором, особенно у отрицательных температур, где знак легко потерять.
Реперные точки в трёх шкалах
Таблица «якорей», по которым удобно быстро прикинуть перевод в уме и проверить себя:
| Точка | °C | °F | K |
| Абсолютный ноль | −273,15 | −459,67 | 0 |
| Совпадение шкал | −40 | −40 | 233,15 |
| Таяние льда | 0 | 32 | 273,15 |
| Комнатная | 25 | 77 | 298,15 |
| Температура тела | 37 | 98,6 | 310,15 |
| Кипение воды | 100 | 212 | 373,15 |
| Макс. Tj кремния | 150 | 302 | 423,15 |
| Пик оплавления пайки | 250 | 482 | 523,15 |
Где применяют — и где не годится
Перевод шкал сопровождает почти любую тепловую задачу в электронике. Датчики температуры выдают результат в разных единицах: термопара по таблицам NIST считается от 0 °C, платиновый RTD PT100/PT1000 калибруется в °C, а NTC-термистор в уравнении Стейнхарта-Харта требует именно Кельвины — перепутать нельзя. Абсолютная температура в Кельвинах входит в формулы теплового шума, дрейфа опорных напряжений и срока службы электролитических конденсаторов (правило удвоения ресурса на каждые 10 °C ниже). А вот там, где речь идёт об энергии в джоулях или о нагреве тела за время (тепловая масса), температура — лишь одна из входных величин, и её всё равно приходится подставлять в согласованных единицах. Единственное «где не годится»: эти линейные формулы описывают только сами шкалы и неприменимы к другим тепловым величинам — теплоёмкость, поток и мощность считают отдельно.
Пример
На значениях по умолчанию (значение = 25, шкала = °C) калькулятор даёт: °F = 25 · 9/5 + 32 = 45 + 32 = 77 °F, K = 25 + 273,15 = 298,15 K. То есть комнатные 25 °C — это 77 °F и 298,15 K. Проверка обратным ходом: (77 − 32) · 5/9 = 45 · 5/9 = 25 °C, а 298,15 − 273,15 = 25 °C — сходится.
См. также: температура кристалла · термопара · RTD PT100 · NTC-термистор · конвертер величин · все калькуляторы
|
