온도(temperature)는 차갑고 뜨거운 정도를 표현하는 물리량입니다. 온도의 종류로는 섭씨 온도, 화씨 온도, 절대 온도(켈빈 온도, 랭킨 온도)가 있지요. 섭씨 온도와 화씨 온도의 눈금은 물의 어는점(ice point)과 끓는점(steam point)을 기준 값으로 설정하여 등분한 것입니다. 일상에서 자주 접하고 쉽게 확인할 수 있는 것이 물의 어는점과 끓는점이지요? 이러한 물의 특이성을 이용하여 온도 눈금(scale)을 표현하게 된 것이 지금 우리가 사용하고 있는 온도 단위들입니다.
섭씨 온도와 화씨 온도의 비교 및 단위 변환식
∇ 섭씨 온도는 우리네 일상 생활에서 사용 되어지고 있는 온도로, SI 단위계(SI Unit System) 상의 물리량입니다. 표준 대기압 상태에서의 물(water)의 어는점(또는 빙점, ice point)을 0으로, 끓는점(또는 증기점, steam point)을 100으로 하여 그 사이를 100 등분한 온도이지요. 이때 표준 대기압이란, 1기압이자 수은주의 높이로는 760mm인 대기압을 말합니다. 섭씨 온도의 단위는 ℃ 인데요. 안데르스 셀시우스(Anders Celsius)라는 사람이 창안하였기 때문에 온도 단위에 'C'가 들어갑니다. 또한 섭씨 온도는 영어로 'Celsius temperature'라고 하게 되었죠.
∇ 화씨 온도는 한국에서는 접하기 어렵지만, 미국 같은 영어권 국가에서는 섭씨 온도보다 더 친숙하게 사용하는 온도입니다. 이에 화씨온도는 영국 단위계(English Unit System) 상의 물리량인데요. 섭씨 온도와 마찬가지로 물의 어는점과 끓는점을 기준으로 만들어졌습니다. 표준 대기압 상태에서의 물(water)의 어는점을 32로, 끓는점을 212로 설정하고, 그 사이를 180으로 등분합니다. 화씨 온도의 단위는 ℉ 인데요. 다니엘 가브리엘 파렌하이트(Danial Gabriel Fahrenheit)라는 사람이 창안하였기 때문에 온도 단위에 'F'가 들어가고, 화씨 온도를 영어로 'Fahrenheit temperature'라고 합니다.
∇ 섭씨 온도와 화씨 온도는 변환식을 통해 단위 변경을 할 수 있습니다. 섭씨 온도와 화씨 온도는 동일하게 물(water)의 어는점과 끓는점을 기준으로 잡고 등분한 것이기 때문에 간단한 비례식을 통해서 변환할 수 있는데요. 특정 온도가 섭씨 온도로는 t(C), 화씨 온도로는 t(F)일 때 아래와 같이 식을 세울 수 있습니다.
이 수식을 정리해서 섭씨 온도에서 화씨 온도로, 또는 화씨 온도에서 섭씨 온도로 변환하는 식이 아래와 같이 쉽게 도출된답니다.
켈빈 온도와 랭킨 온도의 비교 및 단위 변환식
∇ 절대온도(absolute temperature)는 분자 운동의 정도를 기준으로 온도를 표시하는 값입니다. 다른 말로는 켈빈 온도(Kelvin temperature)라고 하며, 열역학적 표준 온도(thermodynamic temperature)로 사용됩니다.
섭씨 온도, 화씨 온도는 물이라는 물질의 특이성에 의존하여 표현하였다면, 절대 온도는 물질의 특이성에 대해 독립적인 물리량인데요. 분자 운동이 정지한 상태를 절대 영도로 설정합니다. 절대 영도는 이론적으로 생각할 수 있는 최저 온도로, 섭씨 온도로 표기하면 -273.15℃가 됩니다. 그리고 절대 온도는 섭씨 온도의 눈금 간격과 동일한 눈금 간격으로 표기합니다. 눈금 간격이 동일하다는 것을 수식으로 표현하면 아래와 같습니다.
절대 온도의 단위로는 K(켈빈)를 쓰며, 섭씨 온도와 함께 SI 단위계(SI Unit System)에 포함됩니다.
∇ 랭킨 온도(Rankine temperature)는 화씨 온도를 기반으로 한 절대온도입니다. 절대 영도를 0으로 하는 것은 켈빈 온도와 동일하지만, 눈금 간격을 화씨 온도의 눈금 간격과 동일하게 가져가며, 온도 단위로 R을 사용합니다. 절대 영도는 섭씨로 -273.15℃, 화씨로 459.67℉이기 때문에 랭킨 온도는 화씨 온도에 459.67℉를 더한 값이 됩니다. 그리고 화씨 온도와 눈금 간격이 동일하기 때문에 수식으로는 아래와 같이 표현할 수 있답니다.
주의할 점
섭씨 온도는 -273.15℃, 화씨 온도는 -459.67℉ 밑으로 내려갈 수 없습니다. 열역학적으로 절대 영도 밑은 존재할 수 없기 때문이지요. 하지만 위로는 얼마든지 올라가도 상관 없답니다.
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