เพื่อให้นักเรียนสามารถหาความสัมพันธ์ระหว่างหน่วยงานของอุณหภูมิ

            เนื่องจากประเทศต่างๆ เกือบทั่วโลกใช้การวัดอุณหภูมิในหน่วยองศาเซลเซียส แต่มีประเทศสหรัฐอเมริกาที่ใช้การวัดอุณหภูมิในหน่วยองศาฟาเรนไฮน์ เป็นผลให้บางหน่วยงานของไทยที่มีเครื่องจักร เครื่องมือที่สั่งมาจากประเทศสหรัฐอเมริกา ต้องวัดค่าอุณหภูมิในหน่วยองศาฟาเรนไฮน์
          ดังนั้นให้นักเรียนสืบค้นข้อมูล และวิเคราะห์หาความสัมพันธ์ระหว่างหน่วยงานของอุณหภูมิ (องศาเซลเซียส องศาฟาเรนไฮน์ และเคลวิน)

            อุณหภูมิสัมบูรณ์(Absolute Temperature) ทฤษฎีจลน์ของก๊าซกล่าวถึงการเคลื่อนที่ของอนุภาคของก๊าซในระดับโมเลกุล ตามทฤษฎีนี้ การวัดอุณหภูมิ(ระดับความร้อนเย็น)ของวัตถุใดๆก็คือการวัดระดับพลังงานของโมเลกุลของวัตถุนั่นเอง วัตถุที่มีระดับพลังงานสูงย่อมมีอุณหภูมิสูง วัตถุที่มีระดับพลังงานต่ำจะมีอุณหภูมิต่ำ ระดับพลังงานของโมเลกุลของวัตถุย่อมขึ้นอยู่กับความเร็ว(เฉลี่ย)  ในการเคลื่อนที่ของโมเลกุลวัตถุ  (เปรียบคล้ายกับรถที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงย่อมมีพลังงานในตัวสูง เป็นต้น) ดังนั้นความเร็วของโมเลกุลของวัตถุจึงมีส่วนสัมพันธ์กับอุณหภูมิอย่างใกล้ชิด ในทางทฤษฎี จะมีสภาวะ (state) หนึ่ง ซึ่งระดับพลังงานของวัตถุต่ำมากจนเหลือศูนย์ ณ สภาวะนั้น โมเลกุลของวัตถุจะหยุดการเคลื่อนไหว และอุณหภูมิของวัตถุจะเป็นศูนย์ เราเรียกอุณหภูมิที่สภาวะนั้นว่าเป็นศูนย์สัมบูรณ์ (absolute zero temperature)
            แม้ว่าสภาวะศูนย์สัมบูรณ์จะเป็นสภาวะในอุดมคติ แต่ก็เป็นหลักให้เราใช้วัดระดับพลังงานของวัตถุได้ นั่นคือ หากเราต้องการจะวัดอุณหภูมิเพื่อแสดงระดับพลังงานของวัตถุแล้ว เราก็ควรจะวัดอุณหภูมิจากจุดศูนย์สัมบูรณ์นี้ หน่วยวัดอุณหภูมิที่เราคุ้นเคยกันตามปรกติคือ Celsius และ Fahrenheit นั้นยังมิใช่หน่วยวัดที่มีจุด 0 องศาอยู่ที่ศูนย์สัมบูรณ์ นักวิทยาศาสตร์ได้คำนวณไว้ว่าจุดศูนย์สัมบูรณ์นั้นจะตรงกับ ?273 C ดังนั้น หากเราจะกำหนดหน่วยอุณหภูมิสัมบูรณ์ขึ้นใหม่โดยให้มีช่องห่าง 1 องศาเท่ากับช่องห่าง 1 องศาในหน่วย Celsius แล้ว เราก็ย่อมได้หน่วยวัดองศาสัมบูรณ์ที่มีจุด 0 องศาสัมบูรณ์ตรงกับ ?273 C, จุด 273 องศาสัมบูรณ์ตรงกับ 0 C หรือจุดเยือกแข็งของน้ำ, และจุด 373 องศาสัมบูรณ์ตรงกับ 100 C หรือจุดเดือดของน้ำ เป็นต้น เรามีชื่อเรียกหน่วยองศาสัมบูรณ์นี้ว่าองศา Kelvin (K) ดังนั้น
                                       K = C + 273
           ในการศึกษาทฤษฎีจลน์ของก๊าซนั้น เราย่อมสนใจระดับพลังงานของก๊าซซึ่งสามารถวัดได้จากอุณหภูมิก๊าซที่เป็นองศาสัมบูรณ์เช่น Kelvin ได้ การเปลี่ยนระดับพลังงานของก๊าซก็สามารถพิจารณาจากการเปลี่ยนอุณหภูมิในองศาสัมบูรณ์ของก๊าซดังกล่าว เราจะใช้หลักการการวัดระดับพลังงานของก๊าซด้วยองศาสัมบูรณ์นี้ในการศึกษาพฤติกรรมของก๊าซเสมอ
              นอกจากการวัดอุณหภูมิสัมบูรณ์ในหน่วย Kelvin ซึ่งประยุกต์มาจากหน่วย Celsius ( C ) แล้ว เรายังมีหน่วยวัดอุณหภูมิสัมบูรณ์ในหน่วยที่ประยุกต์มาจากหน่วย Fahrenheit (F) ซึ่งเรียกองศา Rankine ( R ) ในสเกล Rankine นั้น 1 ช่ององศาจะเท่ากับ 1 ช่ององศา Fahrenheit และ 0 องศา R จะตรงกับ 0 องศา K พอดี ก่อนที่เราจะแสดงความสัมพันธ์ของหน่วยองศาสัมบูรณ์ Kelvin และ Rankine นั้น ขอให้เราได้ทบทวนความสัมพันธ์ระหว่างหน่วยองศา C และ F ซึ่งเราคงทราบกันดีอยู่แล้ว
                                                                                                                C/5 = (F-32)/9
                                                                                                  1 ช่ององศา C = 1.8 ช่ององศา F

            จะเห็นได้ว่า 273 ช่ององศา K (หรือ C) = 1.8 x 273 = 491.4 ช่ององศา R (หรือ F) และจุดนี้ก็คือจุดเยือกแข็งของน้ำ ซึ่งได้แก่ 0 C หรือ 32 F ดังนั้น 491.4 R จะตรงกับ 32 F พอดี นั่นคือ
                                                                                                  R = F + (491.4 ? 32) = F + 459.4

            ในทางปฏิบัตินิยมปัดเศษให้เป็นจำนวนเต็ม เราจึงได้
                                                                                                  R = F + 460
             หากต้องการแปลงองศา Kelvin ให้เป็นองศา Rankine เราก็สามารถทำได้ไม่ยาก อาศัยความสัมพันธ์ระหว่างองศา C และองศา F และแปลงให้เป็นหน่วยองศาสัมบูรณ์ทั้งคู่ เราจะได้
                                                                                                  K/5 = R/9
             ประโยชน์ของความสัมพันธ์ระหว่างองศา K และองศา R อย่างหนึ่งก็คือ หากอุณหภูมิก๊าซเปลี่ยนไป 1 % เมื่อวัดในหน่วยองศา K ก็จะเปลี่ยนไป 1 % เมื่อวัดในหน่วยองศา R ด้วย (ขอให้สังเกตว่า ถ้าอุณหภูมิก๊าซเปลี่ยนแปลง 1 % ในสเกลองศา C มิได้หมายความว่าจะเปลี่ยน 1 % ในสเกลองศา F ด้วย)