K から °R への換算 ケルビン ↔ ランキン度 無料 オンライン 安全

宇宙機の熱設計：ケルビンをランキンに

人工衛星は熱のパズルです。片側は平方メートルあたり 1,300 ワットを超える太陽に向き、反対側は 3 ケルビン近い深宇宙を見ていて、中の電子機器は狭い範囲に収まっていなければなりません。アメリカの顧客のために働くチームや、英国単位の古い報告書から作業するチームは、同じ数値をランキン度で表すことがよくあります。K を °R に換算するには、9/5 を掛けます。300 K は 540 °R、273.15 K は 491.67 °R、40 K は 72 °R です。上の計算機は入力に合わせて掛け算を行い、下の節では、日光、ラジエーター、極低温機器、熱試験にとって数値が何を意味するかを示します。

計算例を添えた式、各尺度の簡単な紹介、比較、宇宙飛行からの長い事例の一覧、避けたい間違いが見つかります。計算はブラウザ内で行われ、入力した内容がどこかに送信されることはありません。

K を °R に換算する方法：9/5 を掛ける

式

式は °R = K × 9/5 で、これは K × 1.8 です。したがって 300 K は 540 °R、373.15 K は 671.67 °R、5,772 K は 10,389.6 °R になります。元に戻すには、1.8 で割ります。どちらの尺度も絶対零度から始まるので、足したり引いたりするずれはありません。

計算例

77.36 K の液体窒素は 139.25 °R です。4.2 K の液体ヘリウムは 7.56 °R です。室温の 293.15 K は 527.67 °R です。太陽からの地球の距離にある球体の平衡温度、約 278.6 K は 501.5 °R です。

なぜ掛け算だけなのか

ケルビンとランキンは、どちらも絶対零度から始まります。違うのは度の大きさだけです。一ケルビンはランキン度の 1.8 度なので、一回の掛け算で換算できます。

簡単な妥当性の確認

ランキンの値は、ケルビンの値より常にちょうど 80 パーセント大きくなります。「K を °R に換算」した結果が入力の 1.8 倍でなければ、係数が間違っていました。

ケルビン

宇宙科学の尺度

ケルビンは温度の SI 単位で、世界中の宇宙機関が熱モデル、試験計画、機器仕様に使っています。度の記号なしで K と書きます。

使われる場面

熱モデル、機器のデータシート、試験仕様、ミッション報告書です。

ランキンの尺度

英国単位の絶対尺度

ランキンは、華氏と同じ大きさの度による絶対温度です。古いアメリカの航空宇宙文書や、フィート、ポンド、Btu も使う計算に現れます。記号は °R です。

使われる場面

古い NASA の報告書、英国単位の請負業者の仕様、熱力学の教科書です。

ケルビン対ランキン

一ケルビンはランキン 1.8 度に等しくなります。衛星表面での 100 K の温度変動は、180 °R の変動です。どちらの尺度も絶対的なので、温度の比は同一です。300 K に対する 600 K は 2 で、540 °R に対する 1080 °R が 2 であるのと同じです。

掛け算は厳密なので、換算に丸めは現れません。よくある間違いは、ランキンと華氏を混同することだけです。

換算が現れる場面

宇宙機に当たる太陽の熱

太陽定数は約 1,361 W/m² で、これは一平方フィートあたり毎時 431 Btu です。地球の距離で太陽に向いた平板は、吸収率と放射率が等しく、片面から放射する場合、約 394 K に達し、球体の平均は 278.6 K、つまり 501.5 °R です。「K を °R に換算」する計算の手順は、モデルの結果を、顧客の報告書向けに英国単位に直します。

ラジエーター

放射率 0.85 の 300 K、つまり 540 °R のラジエーターは、390 W/m² を放出し、これは一平方フィートあたり毎時 124 Btu です。330 K、つまり 594 °R では、572 W/m² を放出します。放射は絶対温度の四乗で増えるので、尺度の選択が重要になるのは定数についてだけです。

電子機器の限界

一般的な電子機器は、−40 から +85 °C、つまり 233.15 から 358.15 K、あるいは 419.7 から 644.7 °R で認定されます。電池は 273 から 313 K、つまり 491.7 から 563.4 °R を好みます。ヒドラジン推進剤は約 274.7 K、つまり 494.5 °R で凍るので、タンクにはヒーターが必要です。

ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡

ウェッブの鏡と光学系は 40 K、つまり 72 °R 近くにあり、中間赤外線検出器は約 7 K、つまり 12.6 °R に冷却されています。日よけは冷たい側を 36 K、つまり 64.8 °R 近くに保ち、太陽に向いた側は約 383 K、つまり 689 °R に達します。約 347 K、つまり 625 °R の差が、日よけの層にわたっています。

軌道上の電池

軌道上のリチウムイオン電池パックは、ヒーターとラジエーターによって、278 から 303 K、つまり 500 から 545 °R の間に保たれます。273 K、つまり 491.7 °R 未満で充電すると、リチウムの析出の危険があります。テレメトリーを読むミッションの運用者は、生のカウント値を見ることがあり、それが表でケルビンに、そして英国単位の報告書向けに °R に変換されます。

再突入カプセル

月から戻るカプセルは、数千ケルビンの表面温度に直面します。3,000 K の耐熱シールドの表面は 5,400 °R で、2,500 K では 4,500 °R です。そうした値では、ケルビンとランキンの間にずれがゼロなので、1.8 を掛ける単純な掛け算だけで済みます。

アンテナとセンサー

電波天文学の受信機は、雑音を減らすために、15 から 20 K、つまり 27 から 36 °R に冷却されます。受信機の質の尺度である雑音温度はケルビンで表されます。雑音温度 30 K のシステムは 54 °R です。英国単位の文書は、雑音を °R で示すことがあり、換算によって数値の整合性が保たれます。

表計算の数式

A 列にケルビンの値を入れ、B 列に =A2*1.8 を使います。逆方向には =B2/1.8 を使います。温度差にも同じ式が当てはまります。ずれがないからです。各列に単位のラベルを付け、室温に近い値には小数点以下二桁を使います。

丸めと精度

掛け算は厳密です。熱モデルは有効数字三桁を持つことが多く、278.6 K は 501.480 ではなく 501.5 °R になります。元のデータが支える桁数だけを残してください。表に両方の単位を載せるときは、元の値を先に、換算した値をかっこ内に置きます。

暗算のコツ

ケルビンの値を二倍して、その結果の十分の一を引きます。300 K なら、600 から 60 を引いて 540 °R です。77 K なら、154 から 15.4 を引いて 138.6 °R です。2 から 0.2 を引くとちょうど 1.8 になるので、この近道は厳密です。

覚えておきたい目安

4.2 K は 7.56 °R、77 K は 138.6 °R、273.15 K は 491.67 °R、293.15 K は 527.67 °R、300 K は 540 °R、373.15 K は 671.67 °R です。この六つの値が、宇宙工学の熱に関する議論のほとんどの基準点になります。

基準のはしご

2.725 K は 4.9 °R です。20 K は 36 °R です。100 K は 180 °R です。233.15 K は 419.67 °R です。300 K は 540 °R です。394 K は 709.2 °R です。1,000 K は 1,800 °R です。5,772 K は 10,389.6 °R です。このようなはしごがあれば、手早い確認ができます。

逆算による確認

K を °R に換算した結果を確かめるには、1.8 で割って、元に戻るかを見ます。300 K が 540 °R になったなら、540 を 1.8 で割ると 300 です。二つ目の確認は比です。ランキンの数値は、ケルビンの数値の 1.8 倍でなければなりません。

華氏との関係

ランキンは華氏に 459.67 を足したものなので、540 °R は 80.33 °F です。ケルビンから華氏にするには、1.8 を掛けて 459.67 を引きます。アメリカの請負業者の宇宙関連文書は、通常、高温の部品には華氏を、方程式にはランキンを載せます。三つの間を行き来するのは、熱技術者の日課です。

極低温の推進剤

液体酸素は 90.19 K、つまり 162.3 °R で沸騰し、液体水素は 20.28 K、つまり 36.5 °R で沸騰します。メタンは 111.7 K、つまり 201 °R で沸騰します。英国単位の打ち上げ文書は、推進剤の温度を °R や °F で示すことが多く、それを読む技術者は、ヨーロッパのデータと比べるために、両方をケルビンに直します。

温度差

10 K の差は 18 °R の差です。50 K の変動は 90 °R です。二つの尺度の間にずれがないので、温度差は絶対値とまったく同じように換算されます。ΔT を使う熱収支が簡単に換算できるのに対し、華氏や摂氏を使うものには注意が必要なのはそのためです。

単位を正しく書く

ケルビンは度の記号なしで K と書き、ランキンは度の記号付きで °R と書きます。数値と記号の間にスペースを置きます。混在する文書では、各列に単位のラベルを付けてください。540 という値は、ランキンでの部屋かもしれず、ケルビンでの非常に熱い物体かもしれません。

ランキンが航空宇宙に残る理由

アメリカの航空宇宙で英国単位が残っているのは、燃料タンクの図面のインチから推力のポンドまで、膨大なデータ、ハードウェア、ソフトウェアがその形で作られてきたからです。ランキンは、そうした作業の絶対尺度として合います。新しい計画は SI とケルビンを使いますが、複数のプロジェクトにまたがって働く技術者には両方が必要で、「K を °R に換算」する計算式は数秒で済みます。

月の夜と生存用ヒーター

月では夜が地球の約 14 日間続き、表面温度は 100 K 以下、つまり 180 °R に下がります。着陸機は、放射性同位体ヒーターや蓄えた電力で、電池と電子機器を限界温度、約 273 K、つまり 491.7 °R より上に保たなければなりません。必要なエネルギーを計画するには、約 173 K、つまり 311 °R の温度差にわたる熱損失を積分することになり、最終的な数値はワット時や Btu で示されます。

惑星探査機

金星に降下する探査機は、737 K、つまり 1,327 °R と、92 バールの圧力に直面します。タイタンへの探査機は、94 K、つまり 169 °R に直面します。断熱材と相変化材料が、そうした場所で電子機器の寿命を数時間延ばします。さまざまな宇宙機関の報告書は、同じ数値をケルビン、摂氏、ランキンで示し、技術者は日常的にその間を行き来します。

重力アシストと冷たい惑星

外惑星へのミッションは何年も旅をし、周囲の温度がわずか数十ケルビンの領域を通過します。日陰で約 80 K、つまり 144 °R の土星近くの探査機には、放射性同位体ヒーターが必要です。ミッション終盤に残る電力が、何台のヒーターをつけておけるかを決め、熱モデルはケルビンで解かれ、アメリカの請負業者の報告書でランキンに言い直されます。

極低温での光学系の試験

望遠鏡の鏡は、ヘリウムで 20 K 以下、つまり 36 °R に冷却されたチャンバーで試験されます。ガラスやベリリウムの鏡の形は、室温と 40 K の間でわずかに変わり、技術者は干渉計でその変化を測定します。結果はケルビンあたりで示され、アメリカの機関向けに作られた試験報告書は、同じ数値をランキン度あたりで必要とするかもしれず、それは 1.8 分の一になります。

熱真空試験

宇宙機のハードウェアは、真空チャンバーの中で、高温と低温の両極端の間を繰り返され、しばしば 218 K から 398 K、つまり 393 °R から 717 °R です。典型的な試験は四から八サイクル行われ、各極端で数時間の保持時間があります。顧客は自分の単位で温度を指定し、「K を °R に換算」する計算は、試験計画のレビューの一部で、すべての文書で限界が一致するようにします。

ヒートパイプ

アンモニアのヒートパイプは、約 213 から 373 K、つまり 383 から 672 °R で働きます。水のヒートパイプは 293 から 473 K で働きます。ヒートパイプは、しばしば 2 や 3 K、つまり 3.6 から 5.4 °R のわずかな温度低下で熱を運びます。アメリカの供給業者の仕様は、範囲を °F で示すことがあり、各限界に「K を °R に換算」する計算を行って作った相当値の表は、役に立つ付録になります。

地球の赤外線とアルベド

地球は平均で約 237 W/m² を赤外線として放出し、これは一平方フィートあたり毎時 75 Btu で、太陽光の約 30 パーセントを反射します。低軌道の衛星は、その両方を受けます。モデルは温度をケルビンで表し、アメリカの機関向けの報告書は、熱流束と温度が同じ単位系になるよう、ランキンに言い直すことがあります。

多層断熱材

宇宙機の金色の毛布である多層断熱材は、放射による伝熱を 10 から 100 分の一に減らせます。内側が 300 K、つまり 540 °R、外側が 100 K、つまり 180 °R の間で、実効放射率 0.01 の毛布は約 4.5 W/m² を通し、放射率 0.1 のむき出しの表面を通る 45 W/m² と比べられます。その差は、どちらの尺度でも劇的で、各境界温度に「K を °R に換算」する計算を行えば、同じ見積もりの英国単位版に使えます。

熱膨張

アルミニウムは、ケルビンあたり百万分の 23、つまりランキン度あたり百万分の 12.8 ほど膨張します。100 K、つまり 180 °R 温まる 2 m の構造物は、4.6 mm 伸びます。光学ベンチは、そうした変化でも位置合わせが保たれるよう、低膨張の材料で作られており、仕様はケルビンあたり、または °F あたりで、同じ 1.8 の係数で示されます。

宇宙機の部品の熱容量

アルミニウムの比熱は 0.90 kJ/(kg·K)、つまり 0.215 Btu/(lb·°R) です。100 kg のアルミニウムパネルを 10 K、つまり 18 °R 温めるには 900 kJ、つまり 853 Btu かかります。kJ/(kg·K) と Btu/(lb·°R) の間の係数は 4.1868 で、1.8 の係数は温度変化にだけ当てはまります。これらを混同するのは、古典的な誤りです。

太陽電池アレイと温度

軌道上の太陽電池パネルは、食の間の 150 K、つまり 270 °R から、日光の中の 380 K、つまり 684 °R の範囲になります。シリコンセルは熱で効率を失い、ケルビンあたり約 0.4 パーセント、つまりランキン度あたり 0.22 パーセントです。基準の 300 K より 40 K 高い 340 K、つまり 612 °R では、損失は約 16 パーセントです。「K を °R に換算」する計算は、データシートを正しい尺度に直すために使われます。

K を °R に換算する値の追加例

さらに長い換算の一覧

必要な値が最初の一覧にない場合は、次の換算が近くてそのまま読み取れるかもしれません。

• -273.15 K = -491.67 °R
• -100 K = -180 °R
• -20 K = -36 °R
• 10 K = 18 °R
• 15 K = 27 °R
• 25 K = 45 °R
• 30 K = 54 °R
• 50 K = 90 °R

K を °R に換算するときのよくある間違い

ずれを足す

ケルビンとランキンは同じ点から始まります。459.67 や 273.15 を足してはいけません。300 K は 540 °R です。

ランキンと華氏の混同

度の大きさは同じですが、ゼロが異なります。540 °R は 540 °F ではなく、80.33 °F です。

1.8 を間違った量に適用する

係数 1.8 は温度に当てはまります。比熱には 4.1868 を、熱流束には 0.317 を使うので、それぞれの量に独自の係数があります。

簡単な質問

「K を °R に換算」する計算の方法は何ですか？

ケルビンの値に 1.8 を掛けます。

300 K はランキンで何度ですか？

540 °R です。

273.15 K はランキンで何度ですか？

491.67 °R です。

0 K はランキンで何度ですか？

0 °R です。

入力した数値は保存または送信されますか？

いいえ、端末にとどまります。

次に見るところ

ほかの温度換算ツールはこちらです：K から °C への変換、K から °F への変換、°C から °R への変換、°F から °R への変換、°R から °C への変換、km から mi への変換、mi から km への変換、L から gal への変換、gal から L への変換。逆方向が必要なら、°R から K への変換を使ってください。

要点は、「K を °R に換算」する計算は 1.8 を掛けて、結果に °R のラベルを付けることです。入力した数値は、お使いの端末上でだけ処理されます。