De Celsius-schaal is een temperatuurschaal die wordt gebruikt om temperaturen aan te geven in graden Celsius. Deze schaal werd in 1742 door de Zweedse wiskundige Anders Celsius ontwikkeld en maakt sindsdien deel uit van het Internationale Stelsel (SI). In dit artikel zullen we een overzicht geven van de geschiedenis, werking en toepassing van de Celsius-schaal.

Geschiedenis

De temperatuurschalen waren lange tijd geen vaststaande concept. Tot begin 18e eeuw werden temperaturen aangegeven in graden Fahrenheit of Kelvin (afgeleid van het Griekse woord “thermē”, dat warmte betekent). In de jaren twintig en dertig vonden er verschillende pogingen plaats officiële website om een standaard temperatuurschaal te ontwikkelen, maar deze mislukten.

In 1741 publiceerde Anders Celsius zijn onderzoeken over het verdampingsproces van water. Hij stelde vast dat de gewone smelt- en kookpunt van water bij ongeveer 100 graden Fahrenheit lag, terwijl hij wilde dat deze grenzen zich tussen -20° en +80° zouden bevinden. Door te kijken naar het verschil in verdampingsgraden over deze temperaturen kwam Celsius op de idee om een temperatuurschaal te ontwikkelen met 0 graden als smeltpunt van water bij standaarddrukmoment en 100 graden als kookpunt.

Werking

De Celsius-schaal werkt door het gebruik van vaste temperaturen voor de grenzen tussen de verschillende graden. Het onderdeel waarin de temperatuur gemeten wordt, zet daarmee een lineaire schaal om die met 0° begint en in de richting van hogere temperaturen loopt naar 100° bij de kookpunt van water.

Naast deze fysieke definities zijn er ook abstracte grenzen vastgesteld. De absolute nul is hierbij het punt waarbij alle kinetische energie verdwijnt, dus in het geval van de Kelvin-schaal. Hierbij was men al eerder te weten gekomen dat 0 graden Celsius precies -273,15 kelvin zijn en die daarmee tot een absolute nul dient te worden getrokken.

Het ontwerp is eenvoudig: elk gradenblok tussen de standaardgraden voorziet in de temperatuur, met een verdeelverdeling over 10 graden per einde van het gradenblok. Ten behoeve van die divisie heeft Celsius op basis van het feit dat water bij ongeveer -100 graden begint te smelten en 0 graden als smelt- of kookpunt wordt gekozen, zijn de graden verdeeld in gelijke groepjes. Het berekende gevolg hiervan is een systeem waarin elk einde van het interval (naar -273) voldoende kleine stappen bevat om ook andere temperaturen exact te kunnen berekenen.

Variaties en specifieke toepassingen

Binnen de Celsius-schaal zijn er verschillende variaties die bestaan. De meest voorkomende hiervan zijn:

• Fase 1 (totaal vloeibaar)
• Fase 2 (vast/vloeibaar mengsel)
• Fase 3 (totale soliditeit)

Binnen deze fases verschillen er enkele afwijkingen. Zo zit fase 1 meestal tussen -0°C en +100°C, terwijl fase 3 begint bij -180°C.

Behalve de reeks variaties met hun specifieke karaktereigenschappen (afhankelijk van het gebruikte materiaal), bestaan er ook nog andere toepassingen. Zo is men op verschillende schalen na overgegaan tot een temperatuurregeling om zowel de absolute 0 graden als de normale nul te behouden in één systeem.

Bijzondere aspecten

Er zijn enkele bijzonderheden die het gebruik van Celsius-schalen moeilijk maken. Zo kan bijvoorbeeld de temperatuur lager zijn dan -50 graden of hoger zijn dan +100 graden, waarbij temperaturen niet met hoge precisie gemeten kunnen worden.

De verschillende schaalfouten en foutmarges zorgen dat het meestal onmogelijk is om bijna alle temperaturen te berekenen met de beperkte meetgerei. Dit vermindert in de praktijk echter vaak niet significante gevolgen voor temperatuurschalen, want ten eerste zijn er verschillende schaalvoorschriften die hiervoor rekening houden en anderzijds wordt bijna nooit met zeer exacte waarden gewerkt.

Risico’s en verantwoordelijkheden

Een belangrijk punt waar men in de praktijk wel rekening mee dient te houden is het risico dat verbonden kan zijn aan temperatuurschalen. Zowel voor personen als organisaties bestaan er gevaarlijke situaties die zich voordoen door onzorgvuldig handelen.

Enkele van de belangrijkste hiervoor zijn:

• Temperatuurverschillen die leiden tot verschillende effecten, zoals uitdrogen of oververhitting
• Veranderingen in fysische eigenschappen van materialen bij veranderend temperatuur
• Mogelijke schade aan zintuigen

Het is dus heel belangrijk om een temperatuurschaal op te stellen die duidelijk aangeeft welke risico’s er verbonden zijn met bepaalde temperaturen en hoe deze afgevangen kunnen worden.

Samenvatting

In dit artikel is een overzicht gegeven van de Celsius-schaal. We hebben laten zien dat er verschillende fasen zijn waarin temperatuur gemeten wordt, inclusief de belangrijke fasen 1 tot en met 3. Verder is aangetoond dat binnen deze schaal niet alle temperaturen kunnen worden berekend door beperkingen in meetgerei.

Bovendien werd er gewezen op de risico’s die verbonden zijn met temperatuurschalen, zoals verschillende effecten en gevolgen van veranderingen. Eindelijk hebben we ons verdiept in wat men zou kunnen doen om dit te beheersen door een duidelijke omschrijving van temperaturen bij onzorgvuldig handelen op te stellen.

Met andere woorden is er getoond dat het gebruik van Celsius-schalen heel belangrijk is, maar wellicht moeilijker dan men denkt. Echter zijn de voordelen die hierbij ontstaan duidelijk in functie geweest met als resultaat een schaal om temperaturen op nauwkeurige manier te berekenen en vast te stellen, wat onmisbaar is voor dagelijks leven of wetenschappelijke onderzoek.