| Referência | Kelvin (°K) | Celsius (°C) |
|---|---|---|
| Absolute zero | 0 °K | -273.15 °C |
| Freezing point of water | 273.15 °K | 0 °C |
| Average room temperature | 293.15 °K | 20 °C |
| Human body temperature | 310.15 °K | 37 °C |
| Boiling point of water | 373.15 °K | 100 °C |
O kelvin é a unidade de base da temperatura termodinâmica no Sistema Internacional de Unidades. O seu símbolo é K, escrito sem sinal de grau e sem a palavra grau, pelo que as temperaturas se indicam como 300 kelvin e não como 300 graus kelvin.
O seu zero é o zero absoluto, a temperatura à qual o movimento térmico das partículas atinge o mínimo permitido pela mecânica quântica. Nada pode estar mais frio, o que faz do kelvin uma escala absoluta e não relativa. Essa propriedade importa na física porque as razões passam a ter sentido: um gás a 600 kelvin tem o dobro da temperatura absoluta de um a 300, afirmação simplesmente falsa se as mesmas temperaturas forem escritas em Celsius ou em Fahrenheit.
O tamanho do kelvin é idêntico ao do grau Celsius, pelo que as diferenças de temperatura são numericamente iguais em ambos. Só o desvio difere, e vale exatamente 273,15. William Thomson, mais tarde lorde Kelvin, propôs a escala absoluta em 1848, deduzindo dos trabalhos de Carnot sobre máquinas térmicas que teria de existir uma temperatura termodinâmica independente de qualquer substância particular.
Desde 2019 o kelvin define-se fixando a constante de Boltzmann em exatamente 1,380649 vezes dez elevado a menos vinte e três joules por kelvin. A definição anterior usava o ponto triplo da água, um ponto físico real que, ainda assim, depende da composição isotópica da amostra. A criogenia, a astronomia, a espetroscopia e a temperatura de cor na fotografia e na iluminação usam a unidade, e por isso uma lâmpada de luz quente se vende como 2700 K e a luz do dia como 5500 K.
Disciplinas inteiras habitam pontos concretos da escala. O fundo cósmico de micro-ondas fica em 2,725 kelvin, o ponto de ebulição do hélio líquido em 4,2, e os supercondutores do tipo antigo trabalham abaixo de cerca de 20, razão por que precisam de hélio e não de azoto. O azoto líquido ferve a 77 kelvin e é barato, pelo que a descoberta em 1986 de materiais supercondutores acima dessa marca mudou o que era praticável. No outro extremo, uma lâmpada de filamento trabalha perto de 2800 kelvin, a superfície do Sol está a 5800 e o seu núcleo atinge quinze milhões. Exprimir tudo isto numa só escala com um zero físico é o que torna tais comparações significativas.
Zero kelvin equivale a menos 273,15 graus Celsius, e 273,15 kelvin equivalem a 0 graus Celsius.
O grau Celsius é uma unidade de temperatura numa escala em que a água congela a 0 e ferve a 100 sob pressão atmosférica normal. O seu símbolo é o sinal de grau seguido de C. É a unidade quotidiana de temperatura de quase todos os países do mundo, e o seu grau tem exatamente o mesmo tamanho que o kelvin.
Anders Celsius propôs a escala em 1742 com os números ao contrário: 0 para o ponto de ebulição da água e 100 para o de congelação. Discute-se se foi o próprio Celsius, Carl Lineu ou o fabricante de instrumentos Daniel Ekström quem a inverteu, mas a inversão deu-se poucos anos após a sua morte e a escala sobe desde então. Chamou-se escala centígrada durante dois séculos e foi rebatizada em honra de Celsius em 1948, em parte porque centígrado já significava um centésimo de ângulo reto na topografia francesa e espanhola.
A definição moderna já não faz qualquer referência à água. A escala Celsius define-se a partir do kelvin, com zero graus Celsius fixado em exatamente 273,15 kelvin, e o próprio kelvin fixado pela constante de Boltzmann desde 2019. Os pontos de congelação e de ebulição da água são agora resultados medidos e não definições, e nenhum cai exatamente em 0 ou 100 em todas as condições.
Os Estados Unidos são o único país grande que noticia o tempo em Fahrenheit, e mesmo aí as ciências trabalham em Celsius. A temperatura corporal, a cozinha, a meteorologia e o controlo de processos industriais usam a unidade, e os seus dois pontos de referência são suficientemente memoráveis para que quase toda a gente estime uma temperatura desconhecida sem a converter.
Uma distinção de gramática carrega aqui um sentido real. Uma temperatura escreve-se em graus Celsius, mas uma diferença entre duas temperaturas escreve-se em kelvin, porque as duas escalas partilham o mesmo intervalo e diferem apenas em onde está o zero. Os cálculos de calor exprimem, portanto, a capacidade térmica mássica em joules por quilograma e por kelvin mesmo quando as temperaturas em si são dadas em Celsius, e uma subida de cinco graus Celsius é uma subida de exatamente cinco kelvin. A convenção parece pedante até que um cálculo misture uma temperatura absoluta com uma diferença de temperatura, momento em que mantê-las separadas é a única coisa que impede um desvio de 273,15 de entrar na aritmética.
Zero graus Celsius equivale a 273,15 kelvin ou a 32 graus Fahrenheit, e uma variação de um grau Celsius equivale a uma variação de 1,8 graus Fahrenheit.