الكلفن
وحدة أساسية في SI · الكمية: درجة الحرارة الديناميكية الحرارية
01 · التعريف
الكلفن هو الوحدة الوحيدة التي تقيس الحرارة من بداية المقياس الحقيقية لا من صفر مريح. والوحيدة المعرَّفة عبر الطاقة: في النظام الدولي درجة الحرارة هي طاقة الحركة الحرارية، لا أكثر.
منذ 2019 يُحدَّد الكلفن بتثبيت ثابت بولتزمان: k = 1.380 649·10⁻²³ جول لكل كلفن. الكلفن الواحد هو ذلك التغيّر في الحرارة الذي تتغيّر عنده الطاقة الحرارية kT بمقدار 1.380 649·10⁻²³ جول بالضبط. صفر هذا المقياس ليس اصطلاحاً بل الموضع الذي تتوقّف عنده الحركة الحرارية.
لا وجود لدرجة حرارة مطلقة سالبة: عند 0 K تتوقّف الحركة الحرارية. بلوغ الصفر مستحيل — القانون الثالث للديناميكا الحرارية. الرقم القياسي في المختبر 38 بيكوكلفن، لكنه ليس صفراً.
02 · التحويل
أدخل درجة حرارة — وسيحوّلها الجواز
الكلفن هو مقياس الحرارة الوحيد الذي تعني معه بادئات SI شيئاً: ميلي كلفن في المبرّد، وميغا كلفن في نجم. أما سلسيوس وفهرنهايت فصفرهما مزاح، ولذلك لا يقبلان بادئات ولا ضرباً — إزاحةً ومعاملاً فحسب.
عملياً لا تُحسَب الحرارة من ثابت بولتزمان بل تُقاس إلى النقاط الثابتة في ITS-90: النقطة الثلاثية للماء، ونقاط تجمّد القصدير والزنك والفضة والذهب — سبع عشرة قيمة مثبَّتة.
| الوحدة | الاسم | القيمة | أين تُصادَف |
|---|---|---|---|
| µK | ميكروكلفن | 2.95·10⁸ µK | التبريد بالليزر، مصائد الذرات |
| mK | ميلي كلفن | 295 000 mK | المبرّدات، الحواسيب الكمومية |
| K | كلفن | 295 K | الكتابة الأساسية للحرارة في SI |
| kK | كيلوكلفن | 0.295 kK | البلازما، الأقواس، أسطح النجوم |
| MK | ميغاكلفن | 2.95·10⁻⁴ MK | أنوية النجوم، منشآت الاندماج |
بادئات SI تعمل مع الكلفن وحده: سلسيوس وفهرنهايت صفرهما مزاح ولا تُضاف إليهما بادئات
03 · مراتب المقدار
من البيكوكلفن إلى بلازما الكواركات والغلووناتحرارة الغرفة، 295 K
04 · أجهزة القياس
بمَ تُقاس الكلفنات
سرعة الصوت في غاز نبيل مرتبطة مباشرة بـ kT. الطريقة الأوّلية التي قيس بها ثابت بولتزمان نفسه قبل تثبيته.
ضجيج جونسون الحراري في مقاومة يتناسب مع kT. يعمل من الميلي كلفن إلى آلاف الكلفنات بلا معايرة.
يقرأ الحرارة من طيف الإشعاع عبر قانون بلانك — هكذا تُقاس الأفران والمعدن أثناء الصبّ وأسطح النجوم.
أمبولة ماء يحفظ فيها الجليد والماء والبخار 273.16 K من تلقاء أنفسهم. نقطة العمل لنقل المقياس، بقابلية استنساخ 0.1 mK.
05 · قواعد الكتابة
K فقط — بلا علامة درجة وبلا نقطة
أُلغيت علامة «°K» عام 1967: الكلفن ليس درجة بل وحدة قائمة بذاتها، لذا يُكتب 300 K. الرمز كبير لأنه لقب عائلة؛ أما اسم الوحدة فيُكتب بحرف صغير: «ثلاثمئة كلفن». وفروق الحرارة تُكتب في SI بالكلفن، حتى لو كانت الحرارات نفسها بدرجات سلسيوس.
06 · الوحدات المجاورة
يقف الكلفن إلى جانب الجول — وثابت بولتزمان يربطهما مباشرة. ودرجة سلسيوس هي الوحدة المشتقة الوحيدة التي يحوي تعريفها الكلفن: الخطوة نفسها، بصفر مزاح إلى 273.15 K فقط.
عند حرارة الغرفة kT ≈ 0.025 eV — هذه القيمة تضع العتبة لأشباه الموصلات والتفاعلات الكيميائية.
07 · القسم التاريخي
كيف كان يُبحث عن الصفر المطلق
اقترح وليم طومسون مقياساً صفره توقّف الحركة الحرارية، وخطوته مأخوذة من سلسيوس. كان يُكتب «°A» — absolute.
الفكرة نفسها عن الصفر المطلق، لكن بخطوة فهرنهايت. ما زال حياً في الهندسة الحرارية الأمريكية: 1 K = 1.8 °Ra.
كان الكلفن 1/273.16 من حرارة النقطة الثلاثية — أي أنه كان يعتمد على خصائص مادة واحدة وتركيبها النظائري.
بعلامة الدرجة وكلمة «درجة». أُلغيت عام 1967: الكلفن ليس درجة بل وحدة أساسية لها صفرها الخاص.
تخلّص الكلفن من الماء، لكن الماء بقي في الخدمة
كان في التعريف عبر النقطة الثلاثية للماء تفصيل مزعج: حرارة تلك النقطة تعتمد على التركيب النظائري — الماء الثقيل يتجمّد على نحو مختلف عن العادي، وكان لا بدّ من اشتراط تركيب مرجعي لماء المحيط. وبتثبيت ثابت بولتزمان تحرّر التعريف من كل مادة؛ غير أن خلية النقطة الثلاثية تبقى عملياً حصان العمل: التحقيق الأوّلي مكلف، وأمبولة الماء تستنسخ 273.16 K بدقّة عُشر الميلي كلفن.
الفهرس · النظام الدولي للوحدات
جواز لكل كمية
سبع وحدات أساسية، واثنتان وعشرون مشتقة بأسماء خاصة، وأرشيف الأنظمة الخارجة من الاستعمال. كل واحدة ورقة مستقلة: التعريف، البعد، التحويل، الأجهزة، قواعد الكتابة. بثلاث وثلاثين لغة.
الوحدات الأساسية
افتح جواز الكلفنالمشتقات ذات الأسماء الخاصة
بلون الطين — الوحيدة المعرَّفة عبر الكلفنالأنظمة التاريخية
أرشيف الرموزلغة الجواز
36 لغة. الرمز K والصيغ لا تُترجم — فهي متطابقة في كل النسخ اللغوية؛ ما يُترجم هو الوصف والأمثلة وقواعد الكتابة لكل نظام كتابة.