Converter °F para K

Fahrenheit coloca o congelamento em 32 e a ebulição em 212. Um grau Fahrenheit mede, assim, cinco nonos de um grau Celsius, e é essa diferença de tamanho que faz a conversão não apenas deslocar, mas também multiplicar.

O kelvin começa no zero absoluto, onde já não há energia térmica a retirar, e os seus passos são do mesmo tamanho que os do Celsius. Ele não leva símbolo de grau: escreve-se 300 K, não 300 °K.

grau Fahrenheit e kelvin não começam a contar do mesmo lugar, então nenhum número sozinho converte entre os dois. Multiplicar é exatamente o erro que esta página existe para evitar: acerta em uma única temperatura e erra em todas as outras, e o erro cresce quanto mais longe desse ponto você estiver.

As duas pontas da escala desta página mostram isso. 0 °F são 255,37 K e 100 °F são 310,93 K: cem passos de um lado, 55,56 do outro, e os dois zeros em lugares diferentes. Por isso a fórmula lá em cima tem duas partes, algo para multiplicar e algo para somar; tire a soma e o resultado para de errar devagar e passa a errar feio.

O kelvin começa no zero absoluto, o ponto em que não sobra energia térmica para tirar e abaixo do qual não existe nada para medir. É isso que faz dele uma escala em que dá para multiplicar: 200 K são de fato o dobro de 100 K, do jeito que 200 °C não são o dobro de 100 °C.

Nem Celsius nem Fahrenheit podem dizer o mesmo. Os zeros deles foram escolhidos, não encontrados, e por isso o dobro de uma leitura em Celsius não significa absolutamente nada.

O caminho em dois passos funciona — tire 32, multiplique por 5/9, some 273,15 — mas carrega um risco de arredondamento no meio e mais uma chance de errar a ordem. Juntando as constantes, dá K = (°F + 459,67) × 5/9, que é uma soma e uma multiplicação. 68 °F vira (68 + 459,67) × 5/9, ou 293,15 K.

As duas formas são algebricamente idênticas: 273,15 K são 491,67 graus Fahrenheit acima do zero absoluto, e mover essa constante pela multiplicação transforma o 32 em 459,67. A versão de um passo só é a que vale a pena memorizar, porque a constante dela significa algo — é o zero absoluto em Fahrenheit com o sinal trocado — onde o 32 e o 273,15 do caminho longo são dois fatos sem relação guardados na mesma cabeça.

O zero absoluto é −459,67 °F. É definido, não medido, decorrendo diretamente do deslocamento exato de 273,15 entre Celsius e kelvin e da razão exata de 9/5 entre os tamanhos dos graus, então não é uma cifra que vá ser refinada por instrumentos melhores. Também é o motivo de nenhum número Fahrenheit abaixo de −459,67 descrever estado físico nenhum.

Vale carregar essa constante porque ela transforma toda leitura Fahrenheit numa distância. Um ambiente a 68 °F está 527,67 graus Fahrenheit acima do zero absoluto; multiplique esses graus por 5/9 para reescrever eles em kelvin, e 293,15 K aparece. Pensar na conversão como "quão longe acima do zero absoluto, depois reescalone os graus" é o que torna a fórmula de um passo memorável em vez de arbitrária.

Existe uma escala absoluta com graus do tamanho do Fahrenheit, e ela se chama Rankine. Graus Rankine são Fahrenheit mais 459,67: 0 °R é o zero absoluto, a água congela a 491,67 °R e ferve a 671,67 °R. Isso significa que a primeira metade da fórmula desta página é uma conversão de Fahrenheit para Rankine com outro nome, e a segunda metade é o 5/9 que transforma graus Rankine em kelvin.

Ela sobrevive na engenharia mecânica e aeroespacial americana, em textos de termodinâmica escritos para esse público, e em partes de trabalho de combustão e ar-condicionado, pelo mesmo motivo que o Fahrenheit sobrevive em previsões do tempo americanas: os números ao redor já estão em unidades do tamanho do Fahrenheit, e mudar de escala significaria reescrever todos eles. Se um cálculo que você está alimentando é escrito em °R, esse é um destino legítimo, e nenhuma conversão para kelvin é necessária de todo.

A demanda por esta conversão é estreita e específica. Física e química são definidas em SI, então uma leitura Fahrenheit tirada de um instrumento americano precisa ser reescrita antes de entrar numa lei dos gases, um termo de radiação ou um limite de eficiência — todos razões de temperaturas absolutas, que devolvem respostas erradas em qualquer escala relativa. Um caderno mantido em Fahrenheit é um caderno que precisa ser convertido duas vezes.

Além disso, os caminhos comuns são iluminação e imagem, onde temperatura de cor é citada em kelvin no mundo todo, inclusive nos Estados Unidos, e documentação internacional, onde a faixa de operação de um componente fabricado nos EUA precisa ser reescrita para um cliente trabalhando em SI. Previsão do tempo e culinária nunca precisam disso, e uma previsão convertida para kelvin é sinal de que a conversão foi buscada antes de a pergunta ser lida.

Um grau Fahrenheit é exatamente 5/9 de um kelvin, ou 0,5556 K, e essa razão governa toda diferença. Um componente que esquenta 40 °F esquentou 22,2 K. Uma tolerância de ±2 °F é ±1,1 K. Uma especificação que mantém uma câmara dentro de 5 °F mantém ela dentro de 2,8 K. Nada é somado em nenhum desses casos, porque 459,67 é o intervalo entre dois zeros, e uma diferença não tem um.

Isso morde mais forte na direção que as pessoas raramente conferem. Um coeficiente citado por °F é um número menor que o mesmo coeficiente por kelvin, por um fator de 9/5: um material que expande 10 ppm/°F expande 18 ppm/K. Colocar uma cifra por °F de origem americana num cálculo SI sem esse 1,8 é um erro de oitenta por cento que não vai se anunciar, porque o resultado continua inteiramente plausível.

Quatro pontos testam qualquer implementação. 32 °F são 273,15 K, 212 °F são 373,15 K, −459,67 °F são 0 K, e 98,6 °F são 310,15 K. Os dois primeiros precisam diferir por exatamente 100, porque 180 graus Fahrenheit cobrem a mesma faixa que 100 kelvin, e se não diferirem, o 5/9 foi aplicado à quantidade errada.

A conferência mais afiada sozinha é 0 °F, que dá 255,372 K. Não é redondo em nenhuma das duas escalas, então uma ordem de operações errada tende a produzir algo suspeitosamente arrumado no lugar. Temperatura ambiente é a outra que vale guardar: 68 °F são exatamente 293,15 K, porque 68 °F são exatamente 20 °C, o que explica tantas normas americanas e problemas de física especificarem esse número específico.

Todo resultado em kelvin de uma leitura Fahrenheit real é positivo, porque a escala tem um piso e nenhum termômetro lê abaixo dele. Uma conversão que devolve uma cifra kelvin negativa está aritmeticamente errada, e a causa quase sempre é uma de duas coisas: o 459,67 foi subtraído em vez de somado, ou a multiplicação foi feita antes da soma.

As respostas também são raramente redondas, e isso é esperado. Números Fahrenheit redondos foram escolhidos por pessoas, e nada na conversão preserva eles: 70 °F são 294,261 K, 100 °F são 310,928 K, 350 °F são 449,817 K. As exceções são as cifras Fahrenheit que acontecem de ser redondas em Celsius — 68 °F, 104 °F, 212 °F — e tudo mais carrega uma cauda decimal que não é um defeito.

459,67 e 5/9 são os dois exatos por definição, então a conversão não introduz erro nenhum próprio. O que limita a resposta é a leitura. Uma medição Fahrenheit em grau inteiro carrega cerca de ±0,28 K de incerteza implícita, então reportar 73 °F como 295,9278 K reivindica seis dígitos de uma cifra que oferecia dois.

A prática que sobrevive à revisão é converter em precisão total e arredondar no final, para os dígitos que o instrumento ganhou: 73 °F vira 295,9 K, ou 296 K se a origem foi um mostrador de parede. Onde a cifra Fahrenheit era ela mesma um número Celsius redondo convertido — como 98,6 °F veio de 37 °C — a resposta em kelvin deveria cair exatamente em 310,15, e um resultado que não cai significa que algo antes foi arredondado duas vezes.