Stupeň Celsia

Stupeň Celsia nebo Celsiův stupeň (značený °C) je jednotka teploty, kterou v roce 1742 vytvořil švédský astronom Anders Celsius. Hodnota 0 °C přibližně odpovídá teplotě tání ledu a 100 °C teplotě varu vody při normálním tlaku. Dnes je stupeň Celsia (jako odvozená jednotka soustavy SI)^[1] definován pomocí základní jednotky kelvin: Rozdíl 1 °C se rovná rozdílu 1 K a teplota −273,15 °C (přesně) je absolutní nula (0 K). Kelvin se pak definuje pomocí Boltzmannovy konstanty zafixované na hodnotu k = 1,380649×10⁻²³ J/K (přesně).

Historie definic

Celsius původně v roce 1742 definoval stupnici obráceně: 100 °C pro teplotu tání ledu a 0 °C^[2] pro teplotu varu vody (obojí při normálním tlaku).

Záhy další vědci (nezávisle na sobě Jean-Pierre Christin v roce 1743 a Carl Linné v roce 1744) stupnici otočili do dnešní podoby. Širokého přijetí se tedy dočkalo přiřazení 0 °C teplotě tání a 100 °C teplotě varu čisté vody při normálním tlaku, později upřesněném na 1 fyzikální atmosféru (101325 Pa přesně).

V polovině 20. století se definice zpřesnila přiřazením −273,15 °C absolutní nule (0 K, v roce 1948) a +0,01 °C teplotě trojného bodu čisté vody (273,16 K, v roce 1954), v souladu se zpřesněnou definicí kelvinu. Původní definice tedy platí již jen přibližně, ovšem pro běžné použití je její přesnost dostatečná. Teplota tání (0,000089(10) °C) a varu (99,9839 °C) vody^{[pozn. 1]} se od té doby určují přesným měřením podle nové definice.

Další zpřesnění přišlo v roce 2005, kdy se specifikovalo, že voda pro určení trojného bodu má mít izotopové složení Vienna Standard Mean Ocean Water (VSMOW).

Nakonec při velkém zpřesnění definic základních jednotek soustavy SI v roce 2019 byla definice kelvinu i stupně Celsia pomocí vlastností vody opuštěna ve prospěch základních fyzikálních konstant. Konkrétně se zafixovala číselná hodnota Boltzmannovy konstanty na 1,380649×10⁻²³ J/K (přesně) a využila se nová definice joulu. Převodní vztah mezi Celsiovou a termodynamickou stupnicí se při tom zachoval, takže 0 K nadále odpovídá −273,15 °C a rozdíl 1 K se rovná rozdílu 1 °C. Nyní se tedy i teplota trojného bodu vody určuje měřením. Ještě v roce 2020 však byla nerozlišitelná od hodnoty podle předchozí definice (+0,0100 °C).^[3]

Převody na jiné stupnice

Kelvinova absolutní stupnice

T[K]  =  t[°C] + 273,15

t[°C]  =  T[K] − 273,15

Fahrenheitova stupnice

t[°F]  =  ⁹⁄₅ t[°C] + 32

t[°C]  =  ⁵⁄₉ (t[°F] − 32)

Réaumurova stupnice

t[°R]  =  ⁴⁄₅ t[°C]

t[°C]  =  ⁵⁄₄ t[°R]

Rankinova absolutní stupnice

T[°Ra]  =  ⁹⁄₅ (t[°C] + 273,15)

t[°C]  =  ⁵⁄₉ T[°Ra] − 273,15

Klíčové body na různých teplotních stupnicích. Převody mezi stupnicemi platí přesně.

Popis	Kelvinova stupnice	Celsiova stupnice	Fahrenheitova stupnice	Rankinova stupnice	Réaumurova stupnice
Absolutní nula	0 K	−273,15 °C	−459,67 °F	0 °Ra	−218,52 °R
Fahrenheitova nula[pozn. 2]	255,372 K	−17,7 °C	0 °F	459,67 °Ra	−14,2 °R
„Bod mrazu“[pozn. 3]	273,15 K	0 °C	32 °F	491,67 °Ra	0 °R
„Bod varu“[pozn. 3]	373,15 K	100 °C	212 °F	671,67 °Ra	80 °R
Rozdíl teplot o velikosti 1 °C	1 K	1 °C	1,8 °F	1,8 °Ra	0,8 °R

Pravopis

Pro stupně Celsia platí stejná pravidla českého pravopisu jako pro zápis ostatních jednotek (jako procento či metr) s výjimkou úhlových stupňů, minut a vteřin. Měly by se tedy psát kolmým písmem (antikvou)^[4] s mezerou mezi číselnou hodnotou a značkou jednotky, tedy např. 90 °C, a to i přesto, že značka úhlového stupně se připojuje k číselné hodnotě bez mezery (90° pravého úhlu).^[5][4] Odpovídá to i mezinárodní konvenci, přijaté v rámci SI.^[6]

Elektronický zápis

Znak	℃
Název v Unicodu	Degree Celsius
Kódování	dec	hex
Unicode	8451	U+2103
UTF-8	226 132 131	e2 84 83
Číselná entita	℃	℃

Pro stupeň Celsia existuje samostatný symbol v Unicode „℃“ (U+2103). Kompatibilní normální formou NFKD i NFKC je dvojice symbolu stupně (°) a písmene C.^[7] Tak se také značka běžně zapisuje, například na většině míst v tomto článku.

V typografickém systému TeX a jeho běžně používaném balíku LaTeX se používá (v matematickém módu definovaný) znak \circ v horním indexu. 1 °C se vysází pomocí $1\,^\circ{\rm C}$.^[8] V LaTeXovém balíku gensymb je definován příkaz \celsius pro stupeň Celsia, který funguje v matematickém režimu i mimo něj,^[9] a v balíku textcomp příkaz \textcelsius.^[10] Analogicky jsou definovány příkazy \degree a \textdegree pro samotný stupeň.^[11]

Poznámky

1. Uvedené hodnoty platí pro čistou vodu izotopového složení Vienna Standard Mean Ocean Water (VSMOW) při normálním tlaku.
2. Původně nejnižší teplota dosažená Fahrenheitovými experimenty.
3. Jde o klíčový bod původní definice Celsiovy stupnice. Přesné hodnoty vlastností čisté vody normálního izotopového složení při normálním tlaku se mírně liší: Teplota tání je 0,000089(10) °C a teplota varu je 99,9839 °C.^{[standardní odchylka?]}

Reference

1. Tabulka odvozených koherentních jednotek v příručce SI. www.bipm.org [online]. [cit. 12-08-2010]. Dostupné v archivu pořízeném dne 18-06-2007.
2. Archivovaná kopie. fyzici.tvst.cz [online]. [cit. 2014-08-10]. Dostupné v archivu pořízeném dne 2014-08-12.
3. International Association for the Properties of Water and Steam, IAPWS G5-01(2020), Guideline on the Use of Fundamental Physical Constants and Basic Constants of Water. Archivováno 2022-08-07.
4. ČSN ISO 80000-1 (011300): Veličiny a jednotky - Část 1: Obecně. Datum účinnosti 1. 8. 2011.
5. Internetová jazyková příručka. Značky, čísla a číslice: 3. Značky ve spojení s číselnými hodnotami
6. SI Brochure: The International System of Units (SI). 9th edition, 2019. Kapitola 5.4.3: Formatting the value of a quantity Dostupné online (PDF) (anglicky)
7. Normalizační tabulka Unicode pro latinku
8. FAQ Ústavu fyziky a technologie Univerzity v Bergenu (Norsko). web.ift.uib.no [online]. [cit. 2014-01-10]. Dostupné v archivu pořízeném dne 2013-12-26.
9. Manuál gensymb^{[nedostupný zdroj]}
10. Neoficiální seznam symbolů definovaných v textcomp. home.online.no [online]. [cit. 2014-01-10]. Dostupné v archivu pořízeném dne 2015-09-06.
11. článek Degree symbol na anglické Wikipedii

Externí odkazy

• Obrázky, zvuky či videa k tématu stupeň Celsia na Wikimedia Commons