तीन स्केल, एक भौतिक मात्रा
सेल्सियस, फ़ारेनहाइट और केल्विन सभी एक ही अंतर्निहित भौतिक मात्रा, थर्मोडायनामिक तापमान, मापते हैं, लेकिन ये अलग-अलग शून्य बिंदुओं और अलग-अलग स्टेप आकारों ('डिग्री') का उपयोग करते हैं, यही कारण है कि जिस स्केल में इसे व्यक्त किया जाता है उसके आधार पर एक ही भौतिक तापमान के तीन अलग संख्यात्मक मूल्य होते हैं। तीनों में से कोई भी स्केल भौतिक अर्थ में दूसरों से अधिक 'वास्तविक' नहीं है -- ये एक ही निरंतर थर्मल मात्रा पर लागू अलग-अलग लेबलिंग परंपराएं हैं।
फ़ारेनहाइट और सेल्सियस कहां से आए
फ़ारेनहाइट स्केल की रचना भौतिक विज्ञानी डेनियल गेब्रियल फ़ारेनहाइट ने 1720 के दशक की शुरुआत में की थी। फ़ारेनहाइट के स्केल ने अंततः दो अब-परिचित संदर्भ बिंदुओं पर स्थिरता पाई, पानी का जमाव बिंदु 32 °F पर और उबलने का बिंदु 212 °F पर, इनके बीच 180-डिग्री का अंतराल, और यह अमेरिका में आज भी रोज़मर्रा का तापमान स्केल बना हुआ है।
सेल्सियस स्केल, जिसे खगोलशास्त्री एंडर्स सेल्सियस ने 1742 में प्रस्तावित किया था, मूल रूप से पानी के उबलने के बिंदु पर 0 और जमाव बिंदु पर 100 सेट करता था -- आधुनिक परंपरा के विपरीत -- और बाद में इसे उलटकर परिचित व्यवस्था में बदला गया, जमाव पर 0 °C और उबाल पर 100 °C, दोनों मानक वायुमंडलीय दबाव पर। सेल्सियस (अपने आधुनिक, उलटे रूप में) आज दुनिया के अधिकांश हिस्से में उपयोग होने वाला रोज़मर्रा का स्केल है।
केल्विन: एब्सोल्यूट ज़ीरो से शुरू होने वाला स्केल
केल्विन थर्मोडायनामिक तापमान की SI बेस इकाई है और पूरे विज्ञान में उपयोग होने वाला स्केल है। यह सेल्सियस के समान 'डिग्री' आकार साझा करता है -- एक केल्विन का परिवर्तन एक डिग्री-सेल्सियस के परिवर्तन के बराबर परिमाण का होता है -- लेकिन इसका शून्य बिंदु एब्सोल्यूट ज़ीरो पर सेट है, वह सैद्धांतिक बिंदु जहां एक भौतिक सिस्टम में न्यूनतम थर्मल ऊर्जा होती है, न कि पानी के किसी गुण पर। चूंकि सेल्सियस और केल्विन समान स्टेप आकार साझा करते हैं, दोनों स्केल एक साधारण निश्चित ऑफ़सेट (273.15) से जुड़े होते हैं, गुणन से नहीं, सेल्सियस और फ़ारेनहाइट के बीच के संबंध के विपरीत।
एब्सोल्यूट ज़ीरो ठीक 0 K, −273.15 °C और −459.67 °F के बराबर है, और कोई भी भौतिक सिस्टम इससे नीचे नहीं जा सकता -- यह तापमान की एक वास्तविक निचली सीमा है, केवल एक बहुत ठंडा मापा गया मूल्य नहीं। चूंकि केल्विन इसी सच्चे भौतिक शून्य से शुरू होता है, केल्विन मूल्यों के अनुपात भौतिक रूप से सार्थक होते हैं, जिस तरह से सेल्सियस या फ़ारेनहाइट मूल्यों के अनुपात नहीं होते: 200 K वास्तव में 100 K की थर्मल-ऊर्जा स्केल का दोगुना दर्शाता है, जबकि 200 °C उसी भौतिक अर्थ में 100 °C से दोगुना गर्म नहीं है, क्योंकि 0 °C एक सच्चे शून्य के बजाय एक मनमाना संदर्भ बिंदु (पानी का जमाव बिंदु) है।
सटीक परिवर्तन फ़ॉर्मूले
फ़ारेनहाइट और सेल्सियस के बीच परिवर्तन एक सटीक रैखिक फ़ॉर्मूले का उपयोग करता है जो दोनों स्केल के परिभाषित संदर्भ बिंदुओं से तय होता है, कोई अनुमान नहीं: °F = °C × 9/5 + 32, और विपरीत दिशा में, °C = (°F − 32) × 5/9। चूंकि केल्विन और सेल्सियस समान डिग्री आकार साझा करते हैं और केवल एक निश्चित ऑफ़सेट से अलग होते हैं, इनके बीच परिवर्तन साधारण जोड़ या घटाव है: K = °C + 273.15।
सेल्सियस-से-केल्विन का 273.15 ऑफ़सेट एक सटीक परिभाषित मूल्य है, कोई गोल या प्रायोगिक रूप से मापा गया आंकड़ा नहीं -- इंटरनेशनल सिस्टम ऑफ़ यूनिट्स (SI) के 2019 के संशोधन के बाद, केल्विन का परिमाण बोल्ट्ज़मान स्थिरांक के एक सटीक परिभाषित मूल्य से तय होता है, जो K = °C + 273.15 के संख्यात्मक संबंध को मापन के बजाय परिभाषा का मामला बनाता है।
केल्विन में डिग्री चिह्न क्यों नहीं होता
सेल्सियस और फ़ारेनहाइट के विपरीत, जिन्हें डिग्री चिह्न (°C, °F) के साथ लिखा जाता है, केल्विन को केवल 'केल्विन' के रूप में लिखा जाता है, चिह्न K, बिना किसी डिग्री शब्द या ° चिह्न के -- यह परंपरा 13वें जनरल कॉन्फ़्रेंस ऑन वेट्स एंड मेज़र्स (CGPM) द्वारा 1967/68 में तय की गई थी। यह केल्विन की एक एब्सोल्यूट स्केल के रूप में स्थिति दर्शाता है जो एक निश्चित भौतिक शून्य बिंदु से जुड़ी है, इसके विपरीत सेल्सियस और फ़ारेनहाइट दोनों को एक सच्चे भौतिक शून्य के बजाय एक मनमाने संदर्भ (सेल्सियस के मामले में पानी का एक गुण) के सापेक्ष परिभाषित किया गया है।
'डिग्री केल्विन' लिखना या K से पहले ° चिह्न लगाना इसलिए एक आम लेकिन पुराना हो चुका उपयोग है, जो 1967/68 से इकाई की परिभाषा से असंगत है -- सही आधुनिक उपयोग बस '300 K' है, न कि '300 °K' या '300 डिग्री केल्विन'।
सत्यापित परिवर्तन तालिका
नीचे दी गई तालिका तीनों स्केल में परिचित भौतिक संदर्भ बिंदुओं को सूचीबद्ध करती है, जो किसी भी व्यक्तिगत परिवर्तन परिणाम की किसी ज्ञात एंकर बिंदु के मुक़ाबले जांच करने के लिए उपयोगी है।
| संदर्भ बिंदु | सेल्सियस | फ़ारेनहाइट | केल्विन |
|---|---|---|---|
| एब्सोल्यूट ज़ीरो | −273.15 °C | −459.67 °F | 0 K |
| पानी जमता है (1 atm) | 0 °C | 32 °F | 273.15 K |
| सामान्य मानव शरीर तापमान | ≈37 °C | ≈98.6 °F | ≈310.15 K |
| पानी उबलता है (1 atm) | 100 °C | 212 °F | 373.15 K |
अक्सर पूछे जाने वाले सवाल
सेल्सियस को फ़ारेनहाइट में बदलने का सटीक फ़ॉर्मूला क्या है?
°F = °C × 9/5 + 32। उदाहरण के लिए, 20 °C बदलकर 20 × 1.8 + 32 = 68 °F बनता है। यह दोनों स्केल के परिभाषित संदर्भ बिंदुओं से तय एक सटीक रैखिक संबंध है, कोई अनुमान नहीं।
सेल्सियस को केल्विन में कैसे बदलें?
273.15 जोड़ें: K = °C + 273.15। उदाहरण के लिए, 0 °C (पानी का जमाव बिंदु) 273.15 K के बराबर है, और 100 °C (पानी का उबाल बिंदु) 373.15 K के बराबर है। यह ऑफ़सेट SI के तहत एक सटीक परिभाषित मूल्य है, कोई गोल आंकड़ा नहीं।
एब्सोल्यूट ज़ीरो क्या है और यह क्यों मायने रखता है?
एब्सोल्यूट ज़ीरो तापमान की सैद्धांतिक निचली सीमा है, वह बिंदु जहां एक भौतिक सिस्टम में न्यूनतम थर्मल ऊर्जा होती है, जो ठीक 0 K, −273.15 °C और −459.67 °F के बराबर है। यह इसलिए मायने रखता है क्योंकि केल्विन इसे अपने शून्य बिंदु के रूप में उपयोग करता है, यही कारण है कि केल्विन मूल्यों (सेल्सियस या फ़ारेनहाइट के विपरीत) की सार्थक रूप से अनुपात के रूप में तुलना की जा सकती है -- और यही कारण है कि कोई भी भौतिक रूप से मान्य तापमान इससे नीचे नहीं गिर सकता।
इसे 'केल्विन' क्यों लिखा जाता है, 'डिग्री केल्विन' क्यों नहीं?
13वें जनरल कॉन्फ़्रेंस ऑन वेट्स एंड मेज़र्स (1967/68) ने इकाई को केवल 'केल्विन' (चिह्न K) के रूप में फिर से परिभाषित किया, 'डिग्री' शब्द और ° चिह्न को हटा दिया जो सेल्सियस और फ़ारेनहाइट बरकरार रखते हैं, ताकि केल्विन की एब्सोल्यूट स्केल के रूप में स्थिति को दर्शाया जा सके जो सेल्सियस या फ़ारेनहाइट के मनमाने शून्य जैसे किसी संदर्भ के बजाय एक निश्चित भौतिक शून्य बिंदु से जुड़ी है।
फ़ारेनहाइट और सेल्सियस स्केल कब बनाए गए थे?
डेनियल गेब्रियल फ़ारेनहाइट ने अपना स्केल 1720 के दशक की शुरुआत में तैयार किया। एंडर्स सेल्सियस ने अपना स्केल 1742 में प्रस्तावित किया, मूल रूप से आधुनिक परंपरा के विपरीत उलटे संदर्भ बिंदुओं के साथ (उबाल पर 0, जमाव पर 100), जिसे बाद में उलटकर आज की परिचित 0 °C जमाव / 100 °C उबाल वाली व्यवस्था बनाई गई।
संदर्भ
- National Institute of Standards and Technology (NIST) -- Special Publication 811: Guide for the Use of the International System of Units (SI), 2008 Edition.
- Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) -- The International System of Units (SI Brochure), 9th edition, 2019.
- Bureau International des Poids et Mesures -- Resolution 3 of the 13th General Conference on Weights and Measures (CGPM), 1967/68, definition of the unit kelvin.