Celsius – Độ C là gì? Nhiệt độ và khoảng chênh lệch nhiệt độ

Độ C là gì?

Độ C (Celsius) là đơn vị đo nhiệt độ trên thang nhiệt độ Celsius (ban đầu được gọi là thang bách phân bên ngoài Thụy Điển), là một trong hai thang nhiệt độ được sử dụng trong Hệ đơn vị quốc tế (SI), thang còn lại là thang Kelvin có liên quan chặt chẽ.

Độ C (ký hiệu: °C) có thể chỉ một giá trị cụ thể trên thang nhiệt độ Celsius hoặc biểu thị một sự chênh lệch hay khoảng cách giữa hai mức nhiệt độ.

Đơn vị này được đặt theo tên của nhà thiên văn học người Thụy Điển Anders Celsius (1701–1744), người đã đề xuất phiên bản đầu tiên của thang đo này vào năm 1742. Trong nhiều năm, đơn vị này được gọi là “centigrade” trong một số ngôn ngữ (bắt nguồn từ tiếng Latinh centum nghĩa là “một trăm” và gradus nghĩa là “bậc thang”).

Năm 1948, Ủy ban Quốc tế về Cân đo đã đổi tên đơn vị này để vinh danh Celsius và loại bỏ sự nhầm lẫn với thuật ngữ “một phần trăm của gradian” trong một số ngôn ngữ. Hầu hết các quốc gia đều sử dụng thang đo này (thang Fahrenheit vẫn còn được sử dụng tại Hoa Kỳ, một số lãnh thổ đảo và Liberia). 

Nhiệt độ các nhiệt độ phổ biến

Tất cả các quá trình chuyển pha đều được đo ở điều kiện áp suất khí quyển tiêu chuẩn. Các giá trị được xác định theo định nghĩa hoặc được xấp xỉ dựa trên các phép đo thực nghiệm.

Quan hệ giữa các thang đo nhiệt độ chính

Kiểu viết tên và ký hiệu

“Độ Celsius” là đơn vị SI duy nhất có chữ cái viết hoa trong tên đầy đủ kể từ năm 1967, khi đơn vị cơ sở SI cho nhiệt độ trở thành kelvin, thay thế thuật ngữ viết hoa “độ Kelvin”. Dạng số nhiều của nó là “độ Celsius”.

Quy tắc chung của Cục Cân đo Quốc tế (BIPM) quy định rằng giá trị số luôn đứng trước đơn vị, và luôn có một khoảng cách giữa số và ký hiệu đơn vị, ví dụ: “30.2 °C” (không viết “30.2°C” hoặc “30.2° C”). Ngoại lệ duy nhất cho quy tắc này là các ký hiệu đơn vị của độ, phút và giây trong đo góc phẳng (°, ′, và ″ tương ứng), trong đó không có khoảng cách giữa giá trị số và ký hiệu đơn vị. Các ngôn ngữ khác nhau và các nhà xuất bản khác nhau có thể áp dụng quy tắc kiểu chữ khác nhau.

Ký tự Unicode

Unicode cung cấp ký hiệu Celsius tại mã ký tự U+2103 ℃ (DEGREE CELSIUS). Tuy nhiên, đây là một ký tự tương thích được đưa vào để đảm bảo khả năng chuyển đổi với các bảng mã cũ. Nó cho phép hiển thị đúng khi viết theo chiều dọc trong các ngôn ngữ Đông Á, chẳng hạn như tiếng Trung. Tiêu chuẩn Unicode khuyến cáo không nên sử dụng ký tự này: “Trong trường hợp sử dụng thông thường, nên thể hiện độ Celsius ‘°C’ bằng chuỗi U+00B0 ° (ký hiệu độ) + U+0043 C (chữ C in hoa trong bảng chữ cái Latinh) thay vì U+2103 ℃. Khi tìm kiếm, hai cách viết này được xem là tương đương.”

Nhiệt độ và khoảng chênh nhiệt độ

Độ Celsius tuân theo cùng quy tắc với đơn vị kelvin trong việc sử dụng tên và ký hiệu. Vì vậy, ngoài việc biểu thị các nhiệt độ cụ thể trên thang đo (ví dụ: “Gali nóng chảy ở 29,7646 °C” hoặc “Nhiệt độ bên ngoài là 23 độ Celsius”), đơn vị này còn được dùng để biểu thị khoảng chênh lệch nhiệt độ hoặc độ không chắc chắn của phép đo (ví dụ: “Nhiệt độ đầu ra của bộ trao đổi nhiệt cao hơn 40 độ Celsius” và “Độ không chắc chắn chuẩn của chúng tôi là ±3 °C”).

Vì có hai cách sử dụng này, không nên dựa vào tên đơn vị hoặc ký hiệu của nó để xác định rằng một đại lượng là khoảng nhiệt độ; điều đó phải được thể hiện rõ ràng qua ngữ cảnh hoặc mô tả cụ thể rằng đại lượng đó là một khoảng chênh.

Đôi khi điều này được giải quyết bằng cách dùng ký hiệu °C (đọc là “độ Celsius”) để biểu thị một nhiệt độ cụ thể, và C° (đọc là “Celsius độ”) để biểu thị một khoảng chênh nhiệt độ, mặc dù cách này không phải là tiêu chuẩn. Một cách khác để thể hiện điều tương tự là “40 °C ± 3 K”, cách viết này thường xuất hiện trong các tài liệu khoa học.

Thang đo Celsius tuân theo hệ thống khoảng cách chứ không phải hệ thống tỉ lệ ; và nó là thang đo tương đối chứ không phải thang đo tuyệt đối (absolute scale).
Ví dụ, một vật ở 20 °C không có năng lượng gấp đôi so với khi nó ở 10 °C; và 0 °C không phải là giá trị thấp nhất của thang Celsius.

Vào năm 1948, khi Hội nghị Toàn thể lần thứ 9 về Cân và Đo lường (CGPM) trong Nghị quyết 3 lần đầu xem xét việc sử dụng điểm ba (triple point) của nước làm điểm định nghĩa, điểm ba này gần như cao hơn 0,01 °C so với nhiệt độ nóng chảy của nước đã biết, vì vậy nó được định nghĩa chính xác là 0,01 °C.

Tuy nhiên, các phép đo sau này cho thấy sự khác biệt giữa điểm ba và điểm nóng chảy của VSMOW thực tế hơi lớn hơn 0,01 °C (dưới 0,001 °C). Do đó, nhiệt độ nóng chảy thực tế của băng hơi thấp hơn 0 °C một chút (dưới một phần nghìn độ).

Ngoài ra, việc định nghĩa điểm ba của nước ở 273,16 K đã xác định chính xác độ lớn của từng bước tăng 1 °C theo thang nhiệt độ tuyệt đối (tham chiếu đến không độ tuyệt đối). Khi tách biệt khỏi điểm sôi thực tế của nước, giá trị “100 °C” về mặt tuyệt đối nóng hơn 0 °C với hệ số chính xác bằng

373,15/273,15

(khoảng 36,61% nóng hơn về mặt nhiệt động học).

Khi tuân thủ nghiêm ngặt định nghĩa hai điểm để hiệu chuẩn, điểm sôi của VSMOW dưới một khí quyển chuẩn thực tế là 373,1339 K (99,9839 °C). Khi hiệu chuẩn theo ITS-90 (một tiêu chuẩn hiệu chuẩn gồm nhiều điểm định nghĩa và thường được dùng cho các thiết bị đo chính xác cao), điểm sôi của VSMOW hơi thấp hơn, khoảng 99,974 °C.

Công thức chuyển đổi nhiệt độ Celsius