Lämpömittari celsius- ja fahrenheitasteikoilla.Lämpömittari celsius- ja kelvinasteikoilla.
Celsiusaste (yksikön tunnus°C, yksikön nimen kirjoitusasu ”celsiusaste”[1], yleiskielessä ”aste”) onSI-järjestelmän mukainenlämpötilan johdannaisyksikkö. Celsius-asteikko onlämpötila-asteikko, jonka esitteliruotsalainen tähtitieteilijäAnders Celsius vuonna 1742. Celsius-asteikko onempiirinen asteikko, jonka kaksi referenssipistettä ovatveden sulamis- jakiehumispiste. Niille on annettu arvot 0 °C ja 100 °C. Mittausteknisesti Celsius-asteikko onvälimatka-asteikko, jossa termodynaamisia laskelmia voi tehdä ainoastaan lämpötilaerojen avulla. Asteikosta tuli lopulta hyvin suosittu ja se on käytössä lähes koko maailmassa.[2][3][4][5]
Celsiusaste on lämpötilan SI-järjestelmän mukainenkelvinin suora johdannaisyksikkö.[6][7] Toisaalta voidaan ajatella, että celsiusaste on erityisnimi Kelvin-asteikon lämpötilojen erotuksille eli lämpötilaeroille.[8]
Celsiusasteikko on määritelty siten, että siinä lämpötilaerot ovat lukuarvoltaan yhtä suuret kuin kelvineinäkin, mutta 0 °C vastaa lämpötilaa 273,15 kelviniä, joka on varsin suurella tarkkuudella sama kuin veden jäätymispiste normaalissa ilmanpaineessa. Celsiuslämpötila merkitsee siis itse asiassa lämpötilan ja veden jäätymislämpötilan erotusta.
Aikaisemmin (vuonna 1954) kelvin oli määritelty lämpötilan yksiköksi, joka oli 1/273,16 termodynaamisesta lämpötilastavedenkolmoispisteessä. Kolmoispisteen lämpötilaksi oli siten määritelty 273,16 K ja Celsius-asteikon nollakohdaksi 273,15 K. Koska veden kolmoispiste on tarkemmin määriteltävissä kuin sulamispiste, joka riippuu myös vallitsevasta paineesta, sen avulla saatiin tarkempi lämpötila-asteikko. Koska veden jäätymispiste normaalissa ilmanpaineessa on noin 0,01 astetta alempi kuin sen kolmoispiste, oli jäätymispiste myös näin määritellyllä asteikolla varsin tarkoin 0 °C.[10]
Määritelmän mukaan Celsius-asteikon asteväli on sama kuin Kelvin-asteikolla, eli lämpötilan muuttuessa yhden celsiusasteen verran on muutos vastaavan suuruinen kelvineinä. Lämpötilamuunnokset ovat siten helppoja laskea. Lämpötilan suureen tunnuksina käytetäänt celsiusasteille jaT kelvineille. Muunnokset voidaan laskea kaavoilla
Standardin mukainen merkintätapa on käyttää yksikön tunnusta. Näin ollen on oikein kirjoittaa esimerkiksi20 °C tai20 celsiusastetta pienellä etukirjaimella. On vältettävä kirjoittamista 20° (ilman C:tä),20 astetta tai20 astetta celsiusta. Luvun ja yksikön °C välissä on aina välilyönti.[1]
Celsiuksen hahmottelema piirros mittaristaan, jolla oli käänteinen lämpötila-asteikko.
Ruotsalainen astronomiAnders Celsius ehdotti vuonna 1742 lämpötila-asteikkoa, jonka kaksi referenssipistettä olivatvedensulamispiste jakiehumispiste. Kiehumispisteeksi asetettiin 0 °C ja sulamispisteeksi 100 °C. Asteikko oli siten käänteinen verrattuna nykyisiin.[11] Vain 10 vuotta aiemmin oli professoriJoseph-Nicolas Delisle esitellyt Pietarin yliopistossaDelisle-asteikon, joka on voinut vaikuttaa käänteisen asteikon valintaan.Uppsalan yliopistonMuseum Gustavianumissa on tallella lämpömittari, jossa on tällainen asteikko.[12]
Koska Celsius tiesi ilmanpaineen vaikuttavan kiehumispisteen arvoon, hän määritteli kiehumispisteen niin, ettäbarometrin tuli olla ”25 tuumaa ja kolme linjaa pitkä” eli sen tuli näyttäänormaalia ilmanpainetta. Silloin vesi kiehuisi aina samassa lämpötilassa. Celsius kuoli pari vuotta myöhemmin, ja asteikkoa kehitti eteenpäin hänen työtoverinsaMärtin Strömmer. Hän käänsi asteikon toisin päin, eli nykyiselleen, ja asetti uuden mittarin vuonna 1750 vanhan Celsius-mittarin tilalleUppsalan yliopistonmeteorologiselle laitokselle, mistä lähtien sillä suoritettiin mittauksia.[11]
RanskalainenJean-Pierre Christin kehitti myös lämpömittarin, jonka referenssipisteet olivat jään sulamispiste (0 astetta) ja veden kiehumispiste (100 astetta), mutta hän ei huomioinut ilmanpaineen vaikutusta kiehumispisteen valinnassa. Christin julkaisi asteikkonsa paikallisessa lehdessä vuonna 1743. Cristinin asteita kutsuttiin ”centigradeiksi” ja mittareita ”Lyonin lämpömittareiksi”.[11][13]Carl von Linné tilasi Uppsalankasvitieteelliseen puutarhaan oman mittarin, joka toimitettiin sinne vuonna 1745 vuoden myöhässä. Sillä mitattiin jo loppuvuodesta lämpötiloja, joiden kirjaukset ovat säilyneet nykypäiviin asti. Myös Linnén mittarissa asteikko oli käännetty nykyiselleen, kuten Strömmer teki 5 vuotta myöhemmin. Erotukseksi Celsiuksen asteista näitä uusia asteita kutsuttiin aluksi nimillä ”Celsius Novum”, ”Ekström” (valmistajan mukaan) tai ”Strömm”. Linnétä ja Christiniä voidaan molempia pitää nykyasteikon keksijöinä ennemmin kuin Celsiusta, joka käytti käänteistä asteikkoa.[12][14]
Vuonna 1948 celsiusaste liitettiin SI-järjestelmän osaksi Kansainvälisen mitta- ja painokonferenssin tapaamisessa9. Conférence Générale des Poids et Mesures (CGPM) ja määrättiin olemaan 0,01 K alle kolmoispisteen. Samana vuonnaComité International des Poids et Mesures (CIPM) suositteli yksikön nimeksi celsiusaste (degree Celsius). Vuonna 1954 (10. CGPM) kelvin kiinnitettiin kolmoispisteeseen tarkasti lämpötilana 273,16 K, mikä vaikutti myös Celsius-asteikon määritelmään.[15]
SI-järjestelmän myötä Celsius-asteikko otettiin käyttöön lähes koko maailmassa 1970-luvulle mennessä.Fahrenheit-asteikko on yhä käytössä lähinnä vainYhdysvalloissa, ja sielläkin tieteellisissä yhteyksissä käytetään yleensä Celsius-asteikkoa.Kanadassa lämpötilat ilmoitetaan usein kummankin asteikon mukaan, etenkin Yhdysvaltojen rajan läheisyydessä.[16]Isossa-Britanniassa Celsius-asteikkoa alettiin käyttää säätiedotuksissa vuonna 1962, mutta Fahrenheit-asteikkoa voidaan käyttää yhä epävirallisesti esimerkiksi mediassa.[17]
Bolton, Henry Carrington: Evolution of the Thermometer 1592–1743. Easton, Pennsylvania: The Chemical Publishing Company, 1900. Teoksen verkkoversio. (englanniksi)
Suomen Standardoimisliitto: SI-opas (PDF) SFS-oppaat. 2019. Suomen Standardoimisliitto. ISBN 978-952-242-411-2 Viitattu 31.12.2019.
Taylor, Barry N. & Thompson, Ambler (toim.): The International System of Units (SI) (PDF) (nro 330) NIST Special Publication. 2008. Washington D.C.: National Institue Of Standards And Technology. Arkistoitu 3.6.2016. Viitattu 15.2.2013. (englanniksi)
Fournet, Joseph Jean Baptiste Xavier: Sur l'invention du thermomètre centigrade à mercure: faite à Lyon par M. Christin. ., 1845. Teoksen verkkoversio. (ranskaksi)
