Teplotní rozdíl

Jednotky teplotního rozdílu

Teplotní rozdíl vyjadřuje rozdíl dvou teplot – například o kolik stupňů se zvedla teplota v místnosti nebo jak velký je rozdíl mezi vstupní a výstupní teplotou výměníku. Na rozdíl od absolutní teploty je převod teplotního rozdílu mezi jednotlivými stupnicemi lineární – stačí jej násobit převodním koeficientem a nezáleží na volbě nuly stupnice.

V základním vztahu platí: rozdíl 1 K = rozdíl 1 °C, naopak rozdíl 1 °F = 5/9 K ≈ 0,5556 K, a rozdíl 1 °Ré = 5/4 K = 1,25 K. Pro převody platí jeden důležitý postřeh – kelvin a Celsiův stupeň mají stejnou velikost, liší se jen volbou nulového bodu, takže pro rozdíl jsou zaměnitelné, pro absolutní teplotu však ne (273,15 K = 0 °C).

Převodní tabulka teplotního rozdílu

Tabulka uvádí teplotní rozdíl jednotek veličiny teplota
JednotkaZkr.KoeficientPoznámka
Kelvin K 1 Kelvin je základní jednotka SI pro teplotu. Až do 19. května 2019 byl definován jako 1/273,16 termodynamické teploty trojného bodu vody; od 20. května 2019 je definován prostřednictvím Boltzmannovy konstanty pevně stanovené hodnotou k = 1,380 649·10−23 J·K−1. Trojný bod vody tak zůstává experimentálně měřenou hodnotou (přibližně 273,16 K), nikoli definicí. Definici z trojného bodu vody přijala už XIII. generální konference pro míry a váhy v roce 1967; jednotka samotná je pojmenována po skotském matematiku a fyziku W. Thomsonovi (lord Kelvin, 1824–1907).
stupeň Celsia°C1 Celsiův stupeň je vedlejší jednotka soustavy SI pro teplotu. V roce 1742 ve Švédsku použil astronom Anders Celsius (1701–1744) pro tuhnutí vody hodnotu 100 stupňů a pro var vody 0 stupňů. Stupnici rozdělil na 100 dílů. Stupnici v dnešní podobě (0 = tuhnutí, 100 = var) otočili nezávisle Francouz Jean-Pierre Christin v Lyonu (1743) a švédský přírodopisec Carl Linnaeus (1744, po Celsiově smrti).
stupeň Fahrenheita°F0,555 556 =1/1,8
Používá se především v anglosaských zemích (hlavně v USA). G. D. Fahrenheit (1686–1736) zavedl pro 0 teplotu eutektické směsi ledu, vody a salmiaku. Jako horní teplotu užil teplotu zdravého člověka a označil ji číslem 96. Vše rozdělil dvakrát po 12 dílech a každý z nich na 4 dílky – stupně.
Rankinův stupeň°R0,555 556 =1/1,8
Stupnici navrhl skotský inženýr William John Macquorn Rankine v roce 1859.
Réaumurův stupeň°Ré1,25 =1/0,8
V roce 1730 navrhl ve Francii René Antoine Ferchault de Réaumur stupnici a konstrukci teploměru s ředěnou alkoholovou (lihovou) náplní. Teplotu tání vody umístil na 0 a jako 80 stupňů určil bod, při němž jeho 80% lihová směs zvětší objem o 8 % a začne vařit (Réaumur tento bod splynul s bodem varu vody). U pozdějších rtuťových teploměrů proto bývalo 80 °Ré přímo bodem varu vody.
Koeficient
hodnota kolikrát se daná jednotka "vejde" do základní jednotka (1. jednotka v seznamu). Například 0,555 556 u jednotky teploty stupně Fahrenheita [°F] znamená, že rozdíl teploty 1 stupeň Fahrenheita [°F] = 0,555 556 kelvin [K]. Opačně rozdíl teploty 1 K = 1,8 °F.

Podrobná nápověda – další informace jak převádět jednotky pomocí tabulky převodních koeficientů.

Vzorce přepočtu mezi stupnicemi

Protože jde o přepočet teplotního rozdílu, nikoli absolutní teploty, stačí použít konstantní převodní koeficient. Žádné odečítání či přičítání konstanty (jako u přepočtu °C ↔ K se členem 273,15) zde není potřeba.

Přepočet teplotního rozdílu mezi stupnicemi
Z jednotkyVztah
kelvin → Celsius1 K = 1 °C
kelvin → Fahrenheit / Rankine1 K = 1,8 °F = 1,8 °R
kelvin → Réaumur1 K = 0,8 °Ré
Fahrenheit → CelsiusΔT(°C) = 5/9 · ΔT(°F)
Réaumur → CelsiusΔT(°C) = 5/4 · ΔT(°Ré) = 1,25 · ΔT(°Ré)

Typické teplotní rozdíly v praxi

Pro představu, jak velké teplotní rozdíly bývají v každodenním životě, technice a fyzice:

Orientační teplotní rozdíly v běžných situacích
SituaceTypický rozdíl
denní výkyv teploty ve střední Evropě5–15 K (5–15 °C)
sezónní výkyv (zima ↔ léto, ČR)50–60 K
rozdíl pól vs. rovník v průměru~50 K
rozdíl mezi okolím a chladicím prostorem chladničky~20 K
rozdíl vstupní a výstupní vody v ústředním topení10–20 K
varná spirála a okolní vzduch~80 K
žhavé vlákno klasické žárovky vs. okolí~2500 K
povrch Slunce vs. mezihvězdný prostor~5800 K
rozdíl pokojové teploty a kapalného hélia (4 K)~290 K

Z tabulky je patrné, že běžné rozdíly v přírodě jsou v řádu desítek až stovek kelvinů, zatímco v technice se setkáváme i s tisíci kelvinů (žhavená vlákna, plazma, plameny).

Časté otázky

Proč je 1 K = 1 °C pro rozdíl, ale ne pro absolutní teplotu?
Obě stupnice mají stejnou velikost dílku – rozdíl jednoho stupně Celsia je stejně velký jako rozdíl jednoho kelvinu. Liší se však volbou nuly: kelvin začíná na absolutní nule, Celsius na bodu tání vody (273,15 K). Pro převod absolutní teploty je tedy nutné posunutí o 273,15 (T[°C] = T[K] − 273,15), pro převod rozdílu dvou teplot se obě konstanty odečtou a zbývá pouze 1 K = 1 °C.
Kdy psát K a kdy °C?
U absolutních teplot v termodynamice (např. teplota systému, teplota plynu ve stavové rovnici) se obvykle používá kelvin. V běžném životě, meteorologii a technické praxi se používá Celsiův stupeň. U teplotních rozdílů je formálně správný kelvin (ČSN, ISO), v textech a technické dokumentaci se však často setkáme i s °C – obojí je pro rozdíl číselně stejné.
Jak převést teplotní rozdíl z Fahrenheita na Celsia?
Pro rozdíl se odečet 32 vynechá: ΔT(°C) = 5/9 · ΔT(°F). Příklad: pokud teplota vystoupí o 18 °F, vystoupí o 5/9 · 18 = 10 °C (tj. o 10 K).
Proč se dnes Réaumurova ani Rankinova stupnice prakticky nepoužívají?
Réaumurova stupnice (0 = tuhnutí vody, 80 = var vody) byla v 18. a 19. století rozšířená ve Francii a střední Evropě, v 20. století ji nahradil Celsiův stupeň. Dnes se s ní lze setkat hlavně v německém pivovarnictví, mlékárenství a starší beletrii. Rankinova stupnice je americkou obdobou kelvinu (absolutní stupnice s dílkem Fahrenheita) a používá se okrajově v některých amerických technických oborech, zejména v termodynamice a letectví.

Související