La temperatura è una quantità fisica che descrive il grado di calore o freddo di un oggetto, microscopicamente è una misura dell'energia cinetica media delle molecole. L'uomo ha inventato diverse scale termometriche per quantificare la temperatura; questo strumento copre le cinque più utilizzate: gradi Celsius(°C), Fahrenheit(°F), kelvin(K), Rankine(°R) e Réaumur(°Ré). La loro conversione richiede di gestire contemporaneamente il ridimensionamento della scala e l'offset del punto zero, è una trasformazione affine e non una moltiplicazione pura.
Il grado Celsius(Celsius, °C) fu proposto dall'astronomo svedese Anders Celsius nel 1742, definito con 0°C come punto di congelamento dell'acqua e 100°C come punto di ebollizione alla pressione atmosferica standard, con 100 divisioni uguali tra i due punti, da cui il nome di scala centigrada. Il Celsius è l'unità di temperatura ufficiale nella maggior parte dei paesi del mondo, ed è anche un'unità comunemente utilizzata insieme al kelvin nel SI, ampiamente usata nella vita quotidiana, previsioni meteo, medicina e cucina.
Il grado Fahrenheit(Fahrenheit, °F) fu proposto dal fisico tedesco Gabriel Fahrenheit nel 1724, inizialmente con 0°F come temperatura di una miscela di ghiaccio e salamoia e circa 96°F come temperatura corporea umana, successivamente standardizzato con 32°F come punto di congelamento dell'acqua e 212°F come ebollizione, con un intervallo di 180 gradi. Il Fahrenheit è oggi utilizzato quotidianamente principalmente negli Stati Uniti, Bahamas, Isole Cayman e pochi altri paesi e territori; i quadranti dei forni statunitensi, i termometri Fahrenheit e le ricette americane usano °F.
Il kelvin(Kelvin, K) è l'unica unità di temperatura termodinamica nel Sistema Internazionale(SI), con zero assoluto(0 K = -273.15°C) come punto di partenza e un intervallo di divisione identico al Celsius(una differenza di 1 K = 1°C). Il kelvin non usa il simbolo "grado", si scrive direttamente numero+K, è la scala standard per fisica, chimica e termodinamica ingegneristica. Tutte le formule fisiche che includono la temperatura(PV=nRT, legge di Stefan-Boltzmann, rendimento di Carnot, ecc.) richiedono obbligatoriamente l'uso della temperatura assoluta(kelvin o Rankine).
Il grado Rankine(Rankine, °R) è la scala assoluta basata su Fahrenheit, proposta dall'ingegnere scozzese William Rankine: 0°R = zero assoluto, l'intervallo di divisione è identico a Fahrenheit(una differenza di 1°R = 1°F), quindi °R = °F + 459.67 = K × 9/5. Il Rankine è ancora utilizzato nel settore aerospaziale e termodinamico statunitense, equivalente al "kelvin" nel mondo Fahrenheit. Il grado Réaumur(Réaumur, °Ré) fu proposto dallo scienziato francese del XVIII secolo Réaumur, con 0°Ré come punto di congelamento dell'acqua e 80°Ré come ebollizione, ampiamente utilizzato in Europa nel XIX secolo, oggi presente solo in alcune vecchie ricette, produzione di formaggi e documenti storici.
Il cuore della conversione della temperatura è la trasformazione affine T_destinazione = a × T_partenza + b, dove a è il coefficiente di scala e b è l'offset del punto zero. Ad esempio °C→°F: a=9/5, b=32; °C→K: a=1, b=273.15; °F→K richiede due passaggi: prima sottrai 32, poi moltiplica per 5/9, infine aggiungi 273.15. Questo strumento include formule di conversione diretta tra tutte le scale, evitando errori di virgola mobile dovuti a conversioni concatenate.
