Tiga skala, satu besaran fisika
Celsius, Fahrenheit, dan Kelvin sama-sama mengukur besaran fisika yang sama, yaitu suhu termodinamika, tetapi ketiganya memakai titik nol dan ukuran langkah (“derajat”) yang berbeda, sehingga suhu fisik yang sama memiliki tiga nilai numerik berbeda bergantung pada skala yang dipakai untuk menyatakannya. Tidak satu pun dari ketiga skala itu lebih “nyata” secara fisika dibandingkan yang lain — semuanya sekadar konvensi pelabelan berbeda atas besaran termal kontinu yang sama.
Asal usul Fahrenheit dan Celsius
Skala Fahrenheit dirancang fisikawan Daniel Gabriel Fahrenheit pada awal 1720-an. Skalanya akhirnya bertumpu pada dua titik acuan yang kini akrab, yaitu titik beku air pada 32 °F dan titik didih air pada 212 °F, dengan rentang 180 derajat di antara keduanya, dan skala ini tetap menjadi skala suhu sehari-hari di Amerika Serikat.
Skala Celsius, yang diusulkan astronom Anders Celsius pada 1742, semula menetapkan 0 pada titik didih air dan 100 pada titik bekunya — kebalikan dari konvensi modern — lalu belakangan dibalik menjadi susunan yang kita kenal, yakni 0 °C saat membeku dan 100 °C saat mendidih, keduanya pada tekanan atmosfer baku. Celsius (dalam orientasi modernnya yang sudah dibalik) adalah skala sehari-hari yang dipakai di sebagian besar dunia saat ini.
Kelvin: skala yang bermula dari nol mutlak
Kelvin adalah satuan dasar SI untuk suhu termodinamika sekaligus skala yang dipakai di seluruh bidang sains. Ukuran “derajat”-nya sama dengan Celsius — perubahan satu kelvin identik besarnya dengan perubahan satu derajat Celsius — tetapi titik nolnya diletakkan pada nol mutlak, yaitu titik teoretis ketika sebuah sistem fisik memiliki energi termal minimum, bukan pada sifat air. Karena Celsius dan Kelvin berbagi ukuran langkah yang sama, keduanya dihubungkan oleh selisih tetap yang sederhana (273,15), bukan oleh perkalian penskalaan seperti pada hubungan Celsius dengan Fahrenheit.
Nol mutlak sama dengan tepat 0 K, −273,15 °C, dan −459,67 °F, dan tidak ada sistem fisik yang bisa berada di bawahnya — ini batas bawah suhu yang sejati, bukan sekadar nilai terukur yang sangat dingin. Karena Kelvin bermula dari nol fisik yang sebenarnya, rasio antar nilai Kelvin bermakna secara fisika dengan cara yang tidak berlaku bagi rasio nilai Celsius atau Fahrenheit: 200 K memang menyatakan skala energi termal dua kali lipat dari 100 K, sedangkan 200 °C bukan berarti dua kali lebih panas daripada 100 °C dalam pengertian fisika yang sama, karena 0 °C hanyalah titik acuan sembarang (titik beku air), bukan nol sejati.
Rumus konversi yang eksak
Konversi antara Fahrenheit dan Celsius memakai rumus linear eksak yang dipaku oleh titik acuan terdefinisi kedua skala, bukan pendekatan: °F = °C × 9/5 + 32, dan pada arah sebaliknya, °C = (°F − 32) × 5/9. Karena Kelvin dan Celsius berbagi ukuran derajat yang sama dan hanya berbeda oleh selisih tetap, konversi di antara keduanya cukup lewat penjumlahan atau pengurangan: K = °C + 273,15.
Selisih Celsius ke Kelvin sebesar 273,15 merupakan nilai terdefinisi yang eksak, bukan angka bulatan atau hasil pengukuran eksperimental — setelah revisi Sistem Satuan Internasional pada 2019, besaran kelvin dipaku oleh nilai terdefinisi yang eksak dari konstanta Boltzmann, sehingga hubungan numerik K = °C + 273,15 menjadi soal definisi, bukan soal pengukuran.
Mengapa Kelvin tidak memakai tanda derajat
Berbeda dari Celsius dan Fahrenheit yang ditulis dengan simbol derajat (°C, °F), kelvin ditulis cukup sebagai “kelvin” dengan simbol K, tanpa kata derajat dan tanpa simbol ° — sebuah konvensi yang dipaku Konferensi Umum Kemetrologian (CGPM) ke-13 pada 1967/68. Hal ini mencerminkan kedudukan Kelvin sebagai skala mutlak yang berjangkar pada titik nol fisik yang tetap, berbeda dari Celsius dan Fahrenheit yang sama-sama didefinisikan relatif terhadap acuan sembarang (sifat air, dalam kasus Celsius) alih-alih terhadap nol fisik yang sejati.
Karena itu, menulis “derajat Kelvin” atau menyisipkan simbol ° sebelum K merupakan kekeliruan penulisan yang lazim tetapi sudah usang, tidak sejalan dengan definisi satuan tersebut sejak 1967/68 — penulisan modern yang benar cukup “300 K”, bukan “300 °K” atau “300 derajat Kelvin”.
Tabel konversi terverifikasi
Tabel di bawah ini memuat titik acuan fisik yang akrab pada ketiga skala, berguna untuk memeriksa kewajaran hasil konversi apa pun terhadap titik jangkar yang sudah dikenal.
| Titik acuan | Celsius | Fahrenheit | Kelvin |
|---|---|---|---|
| Nol mutlak | −273,15 °C | −459,67 °F | 0 K |
| Air membeku (1 atm) | 0 °C | 32 °F | 273,15 K |
| Suhu tubuh manusia yang lazim | ≈37 °C | ≈98,6 °F | ≈310,15 K |
| Air mendidih (1 atm) | 100 °C | 212 °F | 373,15 K |
Pertanyaan yang sering diajukan
Apa rumus eksak untuk mengonversi Celsius ke Fahrenheit?
°F = °C × 9/5 + 32. Sebagai contoh, 20 °C menjadi 20 × 1,8 + 32 = 68 °F. Ini hubungan linear eksak yang dipaku oleh titik acuan terdefinisi kedua skala, bukan sebuah pendekatan.
Bagaimana cara mengonversi Celsius ke Kelvin?
Tambahkan 273,15: K = °C + 273,15. Sebagai contoh, 0 °C (titik beku air) sama dengan 273,15 K, dan 100 °C (titik didih air) sama dengan 373,15 K. Selisih ini merupakan nilai terdefinisi yang eksak menurut SI, bukan angka bulatan.
Apa itu nol mutlak dan mengapa penting?
Nol mutlak adalah batas bawah suhu secara teoretis, yaitu titik ketika sebuah sistem fisik memiliki energi termal minimum, setara tepat dengan 0 K, −273,15 °C, dan −459,67 °F. Ia penting karena Kelvin memakainya sebagai titik nol, sehingga nilai Kelvin (tidak seperti Celsius atau Fahrenheit) bisa dibandingkan secara bermakna sebagai rasio — dan karena tidak ada suhu yang sahih secara fisika yang bisa berada di bawahnya.
Mengapa ditulis “kelvin” dan bukan “derajat Kelvin”?
Konferensi Umum Kemetrologian ke-13 (1967/68) mendefinisikan ulang satuan itu cukup sebagai “kelvin” (simbol K), menghapus kata “derajat” dan simbol ° yang tetap dipakai Celsius serta Fahrenheit, untuk mencerminkan kedudukan Kelvin sebagai skala mutlak yang terikat pada titik nol fisik yang tetap, bukan pada acuan sembarang seperti nol Celsius atau nol Fahrenheit.
Kapan skala Fahrenheit dan Celsius diciptakan?
Daniel Gabriel Fahrenheit merancang skalanya pada awal 1720-an. Anders Celsius mengusulkan skalanya pada 1742, semula dengan titik acuan terbalik (0 saat mendidih, 100 saat membeku) dari konvensi modern, yang belakangan dibalik menjadi susunan yang kita kenal sekarang: 0 °C membeku dan 100 °C mendidih.
Referensi
- 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.