什么是开尔文和摄氏温标?
**开尔文(K)和摄氏(°C)**温标是科学、工程和日常生活中使用的两个基本温标。二者都基于公制系统,并且共享相同的单位增量——一度开尔文等于一度摄氏。关键区别在于它们的起点:0 K 是绝对零度,即分子运动理论上停止的最低可能温度,而 0 °C 表示在标准大气压下水的冰点。
开尔文温标是温度的国际单位制基本单位,因其始于绝对零度,在物理学和热力学中广泛使用。而摄氏温标源自较早的百分度温标,由于其与水的物态关联,更适合日常使用、天气预测和非科学语境。
转换公式
开尔文与摄氏的转换非常简单,因为它们呈线性相关。从开尔文转换为摄氏的公式为:
T°C=TK−273.15T_{°C} = T_{K} - 273.15T°C=TK−273.15
其中:
T°CT_{°C}T°C — 摄氏温度
TKT_{K}TK — 开尔文温度
相反地,如果您希望将摄氏温度转换回开尔文,公式为:
TK=T°C+273.15T_{K} = T_{°C} + 273.15TK=T°C+273.15
理解偏移值 273.15
273.15 的值来源于摄氏温标的零点(冰点)与开尔文温标的零点(绝对零度)之间的差。因此,绝对零度等于 −273.15 °C。
度数对比表
开尔文 (K)摄氏 (°C)描述0 K-273.15 °C绝对零度273.15 K0 °C水的冰点293.15 K20 °C室温(大约)310.15 K37 °C正常人体温度373.15 K100 °C水的沸点500 K226.85 °C典型烤箱预热温度1000 K726.85 °C通红发热金属温度
此表格强调了两个温标之间的线性关系:每增加 1 K 恰好对应于 1 °C 的增加。
历史背景
开尔文温标以**威廉·汤姆森爵士,第一代开尔文男爵(1824-1907)**命名,他是一位英国物理学家,引入了绝对热力学温标的概念。在他的工作之前,温度基于任意的零点测量,如水的冰点或沸点。
另一方面,摄氏温标由**安德斯·摄尔修斯(1701-1744)**开发,他是一位瑞典天文学家。他最初将尺度反定义(沸点为 0,冰点为 100),但后来被改为现代形式。
示例
示例 1:将 300 K 转换成摄氏
T°C=300−273.15=26.85 °CT_{°C} = 300 - 273.15 = 26.85\,°CT°C=300−273.15=26.85°C
因此,300 K 相当于26.85 °C,略高于典型的室温。
示例 2:将 77 K 转换成摄氏
T°C=77−273.15=−196.15 °CT_{°C} = 77 - 273.15 = -196.15\,°CT°C=77−273.15=−196.15°C
此值代表了液氮的沸点,液氮被用于低温技术和科学研究。
示例 3:将 5000 K 转换成摄氏
T°C=5000−273.15=4726.85 °CT_{°C} = 5000 - 273.15 = 4726.85\,°CT°C=5000−273.15=4726.85°C
如此高的温度见于恒星表面或者某些工业过程如等离子焊接。
在科学和日常生活中的应用
在物理和化学中
在热力学中,与能量、熵及气体定律相关的计算通常需要使用从绝对零度开始的开尔文温标。开尔文确保所有物理定律在气体计算中一致适用,不出现负温度。
例如,理想气体定律:
PV=nRTPV = nRTPV=nRT
要求温度 TTT 使用开尔文,这样计算结果才有物理意义。如果用摄氏温度代入,结果将不具意义。如果您需要计算理想气体定律的数值,可以使用我们的理想气体定律计算器。
在气象学中
科学家有时在讨论全球气候模型时使用开尔文,而公众的天气报告则使用摄氏。例如,地球表面的平均温度约为 288 K,相当于大约 15 °C。
在天文学中
在研究恒星时,开尔文是首选单位,因为天体温度超过数千度。像我们的太阳,其表面温度约为5778 K,或大约 5504.85 °C。
注意事项
用开尔文表示的温度从不包括度符号(°)。例如,写作 300 K,而不是 300 °K。
摄氏使用度符号,写作 °C。
两个温标的度数大小相同,意味着 1 °C=1 K1\,°C = 1\,K1°C=1K 就大小差异而言。
开尔文温标消除了负值,简化了许多科学方程。
请记住开尔文温标是绝对的,意味着 0 K 是理论上最低的温度。
常见问题解答
如何将 250 K 转换成摄氏?
使用公式 T°C=250−273.15=−23.15 °CT_{°C} = 250 - 273.15 = -23.15\,°CT°C=250−273.15=−23.15°C。因此,250 K 等于−23.15 °C,低于冰点。
1000 K 是多少摄氏度?
T°C=1000−273.15=726.85 °CT_{°C} = 1000 - 273.15 = 726.85\,°CT°C=1000−273.15=726.85°C。因此,1000 K 对应于 726.85 °C,是典型熔化金属炉的温度。
为什么绝对零度在开尔文温标中重要?
绝对零度 (0 K 或 −273.15 °C) 代表了可能的最低温度。它是原子运动理论停止的点,形成了热力学计算的基础。
为什么摄氏度可以为负,开尔文不可以?
是的。摄氏温标是相对于水的冰点,因此0 °C以下是常见的冬季温度。开尔文是绝对的,意味着它始于 0 K,不能更低,因为负的热能在物理上是没有意义的。
摄氏与开尔文之间的温差有区别吗?
没有,它们的间隔是相同的。增加 1 K 相当于增加 1 °C,使转换变成简单的线性变化273.15单位。