°F を K に変換

華氏は凝固点を 32、沸点を 212 に置きます。そのため華氏 1 度は摂氏 1 度の 9 分の 5 しかなく、この刻み幅の違いこそが、換算がずらすだけでなく掛け算も必要とする理由です。

ケルビンは絶対零度から始まります。そこからはもう熱エネルギーを取り出せない点です。刻み幅は摂氏と同じで、度の記号は付けません。300 K と書き、300 °K とは書きません。

華氏とケルビンは同じ場所から数え始めていないので、この 2 つのあいだを 1 つの数で行き来することはできません。掛け算をすることこそ、このページが防ごうとしている間違いです。それはひとつの温度でだけ正しく、ほかのすべてで外れ、その点から離れるほど外れ方は大きくなります。

このページ自身の両端がそれを見せてくれます。0 °F は 255.37 K、100 °F は 310.93 K。片方で 100 歩ぶん、もう片方で 55.56 ぶん、しかも 2 つのゼロは別の場所にあります。上の式に、掛ける部分と足す部分の 2 つがあるのはそのためです。足す部分を外すと、結果は少しずつ間違うのをやめて、いきなり大きく間違います。

ケルビンは絶対零度から始まります。取り出せる熱エネルギーがもう残っていない点で、その下には測るものが存在しません。だからこれは、掛け算が本当に成り立つ目盛りです。200 K は 100 K のちょうど 2 倍——200 °C が 100 °C の 2 倍ではないのとは、そこが違います。

摂氏と華氏にはそれが言えません。あの 2 つのゼロは選ばれたものであって、見つかったものではありません。摂氏の数値が 2 倍でも、それは何も意味しないのです。

摂氏を経由する 2 段階の方法は正しく動きますが、途中に丸めの危険があり、順序を間違える機会も増えます。定数をまとめると K = (°F + 459.67) × 5/9 という 1 回の足し算と 1 回の掛け算になります。68°F なら (68 + 459.67) × 5/9 で 293.15 K です。

459.67 という数字は華氏で表した絶対零度の符号を反転させたものなので、意味を持つ定数です。摂氏を経由する長い経路の 32 と 273.15 は互いに無関係な 2 つの事実を頭の中に持つことになりますが、こちらは 1 つで済みます。

絶対零度は -459.67°F です。これは測定値ではなく定義から出てくる数字で、摂氏とケルビンの間の 273.15 のオフセットと、2 つの度の大きさの間の正確な 9/5 の比から直接導かれます。-459.67°F を下回る華氏の数字は物理的に何も表しません。

この定数を持っておくと、あらゆる華氏の読み取りが「絶対零度からどれだけ離れているか」という距離に変わります。68°F の部屋は絶対零度から 527.67 華氏度離れていて、それに 5/9 を掛け直すと 293.15 K になります。

華氏と同じ大きさの度を持つ絶対温度目盛りがあり、ランキン度と呼ばれます。ランキン度は華氏に 459.67 を足したもので、0°R が絶対零度、水は 491.67°R で凍り 671.67°R で沸きます。このページの式の前半は、実は華氏からランキンへの変換に別の名前を付けたものです。

アメリカの機械工学や航空宇宙工学の分野では今もランキン度が使われています。周囲の数字がすでに華氏サイズの単位で書かれているためで、天気予報で華氏が生き残っている理由と同じです。

この変換の需要は狭く具体的です。物理学と化学は SI で組み立てられているので、アメリカの計器から取った華氏の読みは、気体の法則や放射の項、効率の限界に入れる前に書き直す必要があります。これらはすべて絶対温度の比なので、相対的な目盛りのままでは誤った答えを返します。

色温度は照明と撮影の分野でアメリカ国内でも世界的にケルビンで表示され、アメリカ製部品の動作範囲を海外の顧客向けの文書で SI に書き直す作業もこの変換を必要とします。

華氏 1 度はちょうどケルビンの 5/9、0.5556 K で、これがあらゆる温度差を支配します。40°F 上昇した部品は 22.2 K 上昇したことになり、±2°F の公差は ±1.1 K です。これらのどれにも足し算は入りません。459.67 は 2 つの零点の間の差であり、差そのものには零点がないからです。

よく見落とされるのは逆方向です。1°F あたりで表された係数を 1 K あたりの係数に変換するときは、9/5 倍しなければなりません。10 ppm/°F 膨張する材料は 18 ppm/K 膨張します。この 1.8 を忘れると 80 パーセントの誤差が生まれ、しかも結果は十分もっともらしく見えてしまいます。

32°F は 273.15 K、212°F は 373.15 K、-459.67°F は 0 K、98.6°F は 310.15 K です。最初の 2 つはちょうど 100 違わなければなりません。華氏 180 度分はケルビン 100 度分に相当するからで、そうならなければ 5/9 が誤った量に適用されています。

最も鋭い単独の検算は 0°F で、255.372 K になります。どちらの目盛りでも丸くない数字なので、計算順序を間違えると逆に不自然にきれいな数字が出やすくなります。