Fahrenheit-Asteikko

Asteikko on empiirinen asteikko, jonka kaksi referenssipistettä ovat veden jäätymispiste ja ihmisen ruumiinlämpö. Näille pisteille Fahrenheit antoi lämpötilat 32 °F ja 96 °F. Koska lämpötilat mitataan lämpötilan 0 °F suhteen, kutsutaan sitä suhteelliseksi asteikoksi. Mittausteknisesti sen asteikko on välimatka-asteikko, jossa termodynaamisia laskelmia voi tehdä ainoastaan lämpötilaerojen avulla.

Asteikko on ollut varsin suosittu, mutta se on syrjäytynyt Celsius-asteikon tieltä. Fahrenheit-asteikko on edelleen yleisessä käytössä Yhdysvalloissa, Palaussa, Mikronesian liittovaltiossa, Marshallinsaarilla, Bahamalla, Belizessä ja Caymansaarilla. Sitä käytetään Celsius-asteikon rinnalla Australiassa, Britanniassa ja Uudessa-Seelannissa.

 

Saksalainen Gabriel Fahrenheit jäi 15-vuotiaana orvoksi, minkä jälkeen hänet lähetettiin Amsterdamiin käymään koulunsa loppuun. Kiinnostuttuaan meteorologiasta ja lämpömittareiden valmistamisesta hän vieraili lasimestareiden luona Berliinissä ja Dresdenissä oppiakseen lasiputkien valmistuksen. Hän valmisti ilmeisesti ensimmäiset alkoholia käyttävät meteorologiset lämpömittarinsa vuonna 1706. Ensimmäisessä mallissaan hän käytti asteikkona ”Firenzen lämpömittarin” asteikkoa, jossa tuleva 0 °F oli −90 astetta, veden sulamispiste oli −30 astetta ja ruumiinlämpö +90 astetta. Hänestä tuli myöhemmin kuuluisa ja arvostettu lämpömittarien valmistaja, kun hänen elohopeamittarinsa osoittautuivat parhaimmiksi. Ensimmäinen elohopeamittari julkaistiin 1714.

Fahrenheit vieraili tanskalaisen lämpömittarin kehittäjän Ole Rømerin luona Kööpenhaminassa vuonna 1708. Rømer näytti hänelle kotonaan erikoisen lämpömittarin, josta ei ole säilynyt Rømerin omia muistiinpanoja. Mittarilla oli kaksi referenssipistettä: jään sulamispiste ja ruumiinlämpö. Näiden välin Rømer jakoi kahtia ja sijoitti asteikon nollapisteen yhden tällaisen välin verran kylmemmäksi. Jään sulamispisteeksi tuli 7,5 °Rø ja ruumiinlämmöksi 22,5 °Rø. Fahrenheit käytti ilmeisesti Rømerin ideaa hyväkseen, mutta on jäänyt arvoitukseksi, miten hän päätyi tunnettuihin astelukuihin. Erään selityksen mukaan hän otti käyttöön Rømerin asteikon jakaen sen asteet neljään osaan saaden vastaavuudet 7,5 °Rø = 30 °F ja 22,5 °Rø = 90 °F. Myöhemmin hän muutti asteikon referenssipisteiden asteluvuiksi 32 °F ja 96 °F helpomman asteikon vuoksi. Näille Fahrenheitin valitsemille asteluvuille on muitakin arvailuja.

Seuraavissa lämpömittareissa Fahrenheit alkoi käyttää asteikkonsa toista versiota. Vaikka hän julkaisi elämänsä aikana erittäin vähän tutkimuksia ja piti välineidensä valmistustavat liikesalaisuutena, kirjoitti hän vuosina 1724−1726 viisi artikkelia lehteen Philosophical Transaction. Selostuksessa hän kertoi, että eräs periaate oli asettaa asteikon alapää niin kylmälle, ettei mittaajan tarvinnut kirjata muistiin negatiivisia lukemia. Siksi hän lähetti yhden mittarinsa Islantiin talveksi, joka hänen epäonnekseen tosin oli leuto. Hän uskoi pärjäävänsä referenssipisteellä, jossa hän sekoitti vettä, suolaa, salmiakkia ja jäätä keskenään saadakseen aikaan −20…−10 °C:n kylmyyden. Seoksen tarkkoja suhteita ei tiedetä. Säilyneiden vanhojen mittareiden perusteella nollapisteeksi on mitattu noin −17,8 °C. Veden ja jään seoksen eli jään sulamispisteen lämpötilaksi Fahrenheit asetti 12 astetta. Kolmas referenssipiste oli suun kautta tai kainalosta mitattu ruumiinlämpö (noin 35,5 °C). Sille hän asetti lämpötilaksi 24 astetta. Hieman myöhemmin hän tihensi asteikkoja, jolloin syntyi kolmas versio eli nykyäänkin tunnettu Fahrenheit-asteikko. Nollapiste oli edelleen sama, mutta Fahrenheit oli tihentänyt astejakoa jakamalla aiemmin käyttämänsä asteet neljään pienempään asteeseen. Veden sulamispisteeksi tuli näin 32 °F ja ruumiinlämmöksi 96 °F. On todennäköisesti sattumaa, että veden kiehumispisteeksi tuli tasan 212 °F.

Vaikka Fahrenheitin valikoimaan kuului erityyppisiä lämpömittareita eri mittausalueilta, täsmäsivät niiden mitta-asteikot keskenään. Tämä oli siihen aikaan edistysaskel mittaamisessa. Osa mittareista oli tarkoitettu kuumemittareiksi ja niillä olikin lyhyt asteikko. Eräät säilyneet elohopeamittarit, jotka olivat 653 millimetriä pitkiä, näyttivät lämpötiloja asteikolla −4…+600 °F. Fahrenheit kävi itse esittelemässä mittareitaan Englannissa, Ruotsissa ja Tanskassa. Hän sai paljon matkijoita, mutta kilpailijoiden asteikkoja ei hyväksytty yhtä laajalti kuin hänen omia asteikkojaan. William Rankinen absoluuttinen asteikko on velkaa Fahrenheit-asteikolle sen käyttämästä astevälistä. Rankine-asteikon nollapiste on absoluuttisessa nollapisteessä, mutta asteikkoväli on sama kuin Fahrenheit-asteikossa eli 1 °F = 1 °Ra.

Esimerkkejä Fahrenheit-lämpötilan muuntamisesta Celsius-asteikkoon:

• Muunnetaan 55 °C Fahrenheit-lämpötilaksi: 55 · 1,8 + 32 °F = 131 °F
• Muunnetaan 100 °F Celsius-lämpötilaksi: (100 − 32) / 1,8 °C = 38 °C

• Lämpötila-asteikko

• Bolton, Henry Carrington: Evolution of the thermometer 1592–1743, Open Library, 1900
• Rantala, T.: Lämpöopin luentomoniste (18. Lämpötila, lämpölaajeneminen ja ideaalikaasu), 1997, Oulun yliopisto
• Hyhkö, Heikki: Tilastotieteen johdantokurssi, 2013

Viitteet

 

Wiki Commonsissa on kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Fahrenheit-asteikko.

• Museo Galileo: Thermometric Scales
• Lämpötilamuunnin