إلى اليسار ميزان حرارة زجاجي. يرتفع العمود من الصفر المطلق حتى 373 K ثم يهبط من جديد؛ وقرب الصفر تومض علامة زرقاء. وإلى اليمين تتحرك جزيئات غاز في وعاء: الزرقاء ببطء، والبرتقالية بسرعة. ويظهر الحرف K عبر الوعاء. وفي الأسفل تعرض الشاشة 273,16 K — النقطة الثلاثية للماء. ويومض مصباح تسجيل.
صفحة الوحدة
وحدة أساسية في النظام الدوليمراجعة 2026-10كلفن K
وحدة أساسية في النظام الدولي · الكمية: درجة الحرارة الديناميكية الحرارية — مقياس متوسط طاقة حركة الجسيمات
لماذا لا يوجد ما هو أبرد من −273,15 °C
في القرن الثامن عشر لاحظ الفيزيائيون أن ضغط غاز في وعاء مغلق ينخفض عند تبريده بالنسبة نفسها مع كل درجة. وبمدّ هذا الخط المستقيم على الرسم وجدوا النقطة التي يصبح عندها الضغط صفرًا — نحو −273 °C. ولا يمكن الوصول إلى ما هو أبرد: فلم يعد لدى الجزيئات ما تبطئه.
يبدأ مقياس كلفن من هذه النقطة — الصفر المطلق. وتقسيماته هي نفسها تقسيمات مقياس سيلسيوس، لذا فإن 0 °C تساوي 273,15 K، ويغلي الماء تحت الضغط العادي عند نحو 373,12 K. ولا توجد كلفنات سالبة بالمعنى المعتاد.
منذ 2019 يُعرَّف الكلفن عبر ثابت بولتزمان k = 1,380 649·10⁻²³ J/K. وهو يربط درجة الحرارة بالطاقة. فعند درجة الحرارة T يحمل كل جزيء غاز في المتوسط طاقة حركية قدرها 3/2·k·T. وميزان الحرارة يقيس في الجوهر هذه الطاقة بالذات.
رمز الكلفن حرف K كبير بلا علامة درجة: «300 K» لا «300 °K». ويُكتب رمز الكمية بحرف T كبير. ويُكتب اسم الوحدة بلا تكبير — كلفن — مع أنه مأخوذ من اسم اللورد كلفن. أما k الصغير فهو ثابت بولتزمان وبادئة الكيلو.
الكلفن ودرجة سيلسيوس متساويان في المقدار، لكن صفريهما مختلفان. 20 °C تساوي 293,15 K. والفرق في درجات الحرارة واحد في الوحدتين: أدفأ بمقدار 5 °C يعني أدفأ بمقدار 5 K. ولا تخلط درجة الحرارة بالحرارة أيضًا: فدرجة الحرارة ليست طاقة، بل مقياس نصيبها المتوسط لكل جسيم.
01 · التعريف
طاقة الجسيمات · الغاز · التوهجتطير الجزيئات في الغاز، وتتدافع في السائل، وترتجف في مكانها في الصلب. وكلما تحركت أسرع ارتفعت درجة الحرارة. ودرجة الحرارة بالكلفن تتناسب طرديًا مع متوسط الطاقة الحركية لهذه الحركة: ضعف الكلفنات يعني ضعف الطاقة.
لذلك يزداد ضغط الغاز وحجمه طرديًا مع درجة الحرارة بالكلفن، لا بدرجات سيلسيوس. فتسخين هواء إطار من 0 إلى 27 °C ليس «أكثر بما لا نهاية له»، بل من 273 إلى 300 K: فارتفع الضغط بنحو 10 %.
الجسم الساخن يتوهج. وكلما ارتفعت درجة الحرارة قصر الطول الموجي الذي يحمل معظم الضوء. يتوهج الجمر بالأحمر الداكن عند 1000 K، وفتيل المصباح بالأبيض المصفرّ عند 2700 K، وسطح الشمس بالأبيض عند 5772 K. ومن لون التوهج تُقاس درجة الحرارة دون لمس الجسم.
ما الذي يتغير حين ترتفع الكلفنات
بالمنزلق تضبط درجة الحرارة من 1 إلى 6000 K. في الوعاء الأيسر تتحرك جزيئات الغاز: يزداد متوسط سرعتها مع الجذر التربيعي لدرجة الحرارة، والضغط على الجدران طرديًا معها. ولون الجزيء يبيّن سرعته: الأزرق بطيء، والبرتقالي سريع. وإلى اليمين كرة من التنغستن: مع ارتفاع درجة الحرارة تبدأ بالتوهج، أولًا بالأحمر الداكن، ثم بالأصفر والأبيض. اختر الغاز — الهيليوم أو النيتروجين أو الزينون: عند درجة الحرارة نفسها تتحرك الجزيئات الخفيفة أسرع. وفي الأسفل ثلاثة مناظر. «الضغط» هو الخط المستقيم لـ p مقابل T ونقطة الصفر المطلق. «السرعات» هو توزيع الجزيئات حسب السرعة. «التوهج» هو طيف جسم ساخن وقمته.
كل خطوة نحو الصفر أصعب من سابقتها
لتبريد جسم يجب أن تسحب منه الحرارة بشيء أبرد منه. وكلما اقتربت من الصفر قلّت الحرارة الباقية وصعب سحبها. تبرّد أشعة الليزر والمصائد المغناطيسية سحب الذرات إلى أجزاء من المليار من الكلفن، لكن الصفر نفسه يبقى حدًا لا يمكن إلا الاقتراب منه.
02 · التحويل
المقاييس · الطاقة · النقاط الثابتةمن الكلفن إلى الدرجات وإلى الطاقة
أدخل درجة حرارة بأي مقياس. التبويب الأول يحوّلها إلى كلفن ودرجات سيلسيوس وفهرنهايت ورانكين. والثاني يبيّن طاقة الجسيم ولون التوهج. والثالث النقاط الثابتة لمقياس ITS-90.
| {k} | {v} | {note} |
تختلف درجات الحرارة في الكون بنحو 10¹⁷ مرة. وقد بُرّدت أبرد سحب الذرات في المختبرات إلى مئات البيكوكلفن، بينما يزيد قلب الشمس على 15 مليون كلفن. ويعيش الإنسان في شريط ضيق حول 300 K، حيث يمكن أن يكون الماء سائلًا.
04 · أدوات القياس
خلية · ميزان حرارة غازي · بيرومتر · صوتيتُتحقق درجة الحرارة عند نقاط تتغير فيها المادة
{title}
{text}
05 · قواعد الكتابة
K بلا درجة · °C بدرجةيُكتب K بلا علامة درجة
يُكتب الكلفن بحرف K كبير مع فراغ بعد العدد ودون «°». وتُكتب درجة سيلسيوس «°C» مع فراغ أيضًا. ويمكن إعطاء فرق درجات الحرارة بالكلفن أو بدرجات سيلسيوس — فالأرقام متطابقة.
منذ 1967 لم يعد الكلفن درجة، ولا توضع «°» قبل K. ومن دون «°» يكون الحرف C الكبير هو الكولوم. وتُكتب البادئة والرمز بحروف لاتينية وبحالة الحرف الصحيحة: mK لا mk. ووحدة ثابت بولتزمان هي J/K. ويُكتب اسم الوحدة بلا تكبير، و«درجة كلفن» تسمية مهجورة.
06 · الوحدات المجاورة
الديناميكا الحراريةالتقسيم نفسه، والصفر مُزاح بمقدار 273,15.
Jk·T — طاقة لكل جسيم.
molR = N_A·k يربط الغاز بدرجة الحرارة.
07 · القسم التاريخي
أرشيف · من غاز شارل إلى ثابت بولتزمانكيف وُجد صفر لا يمكن بلوغه
{title}
{text}
صارت نقطة الماء قيمة مقيسة
من 1954 حتى 2019 كان الكلفن يُعرَّف هكذا: النقطة الثلاثية للماء تساوي 273,16 K بالضبط. عند هذه النقطة يوجد الجليد والماء السائل والبخار معًا. وتُحقَّق في خلية زجاجية بماء نقي جدًا، وكان لكل بلد طقمه من هذه الخلايا.
لكن الماء تبيّن أنه معيار متقلب: فدرجة حرارة النقطة الثلاثية تتوقف على نظائر الهيدروجين والأكسجين فيه. لذلك فُصل الكلفن عن الماء في 2019 وثُبّت عبر ثابت بولتزمان. والآن 273,16 K قيمة مقيسة، بارتياب نحو 0,1 mK.
لم يتغير شيء بالنسبة إلى موازين الحرارة العادية. وعلى اليمين درجتان من المقياس نفسه: كان مرساه الماء، والآن طاقة الجسيم، وصار الماء إحدى النقاط الثابتة.
فهرس الكميات
درجة الحرارة والحرارة · 12 صفحة
الفهرس · كل الكميات في صفحة واحدةالمختبر عند مدخل الفهرسقطرة حمض تغيّر لون العصير، والملح يلوّن اللهب، والماء يتجمد بنقرة. وتحتها كل صفحات Simetrium بحسب المجال وبالترتيب الأبجدي.افتح الفهرس ←
