Vlevo je skleněný teploměr. Sloupec stoupá od absolutní nuly k 373 K a zase klesá; u nuly blikne modrá značka. Vpravo se v nádobě pohybují molekuly plynu: modré pomalu, oranžové rychle. Nádobou prosvítá písmeno K. Dole displej ukazuje 273,16 K — trojný bod vody. Bliká kontrolka záznamu.
List jednotky
základní jednotka SIrev. 2026-10Kelvin K
Základní jednotka SI · veličina: termodynamická teplota — míra střední energie pohybu částic
Proč nic není chladnější než −273,15 °C
V 18. století si fyzikové všimli, že když se plyn v uzavřené nádobě ochlazuje, tlak s každým stupněm klesne o stejný díl. Prodloužením této přímky v grafu dostali bod, kde by tlak byl nulový — asi −273 °C. Chladněji být nemůže: molekuly už nemají kam zpomalit.
Kelvinova stupnice začíná v tomto bodě — absolutní nule. Její dílky jsou stejné jako u Celsiovy stupnice, takže 0 °C je 273,15 K a voda vře za normálního tlaku asi při 373,12 K. Záporné kelviny v běžném smyslu neexistují.
Od roku 2019 je kelvin určen Boltzmannovou konstantou k = 1,380 649·10⁻²³ J/K. Ta spojuje teplotu s energií. Při teplotě T nese každá molekula plynu v průměru kinetickou energii 3/2·k·T. Teploměr v podstatě měří právě ji.
Značka kelvinu je velké K bez znaku stupně: „300 K“, ne „300 °K“. Veličina se píše velkým T. Název jednotky se píše malým písmenem — kelvin —, ačkoli je pojmenován po lordu Kelvinovi. Malé k je Boltzmannova konstanta a předpona kilo.
Kelvin a stupeň Celsia jsou stejně velké, ale mají různé nuly. 20 °C je 293,15 K. Rozdíl teplot je v obou jednotkách stejný: tepleji o 5 °C znamená tepleji o 5 K. Neplést si ani s teplem: teplota není energie, ale míra jejího středního podílu na částici.
01 · Definice
energie částic · plyn · žhnutíMolekuly v plynu létají, v kapalině se strkají a v pevné látce se chvějí na místě. Čím rychleji se pohybují, tím vyšší je teplota. Teplota v kelvinech je přímo úměrná střední kinetické energii tohoto pohybu: dvakrát víc kelvinů, dvakrát víc energie.
Proto tlak a objem plynu rostou přímo s teplotou v kelvinech, ne ve stupních Celsia. Ohřát vzduch v pneumatice z 0 na 27 °C není „nekonečně víc“, ale z 273 na 300 K: tlak vzrostl asi o 10 %.
Horké těleso žhne. Čím vyšší teplota, tím kratší vlnová délka, na kterou připadá nejvíc světla. Žhavé uhlíky svítí tmavě červeně při 1000 K, vlákno žárovky žlutobíle při 2700 K, povrch Slunce bíle při 5772 K. Podle barvy žhnutí se měří teplota bez dotyku tělesa.
Co se mění, když rostou kelviny
Posuvníkem nastavíte teplotu od 1 do 6000 K. V nádobě vlevo se pohybují molekuly plynu: jejich střední rychlost roste s odmocninou teploty, tlak na stěny přímo s ní. Barva molekuly ukazuje její rychlost: modrá pomalá, oranžová rychlá. Vpravo koule z wolframu: s rostoucí teplotou začne žhnout, nejdřív tmavě červeně, pak žlutě a bíle. Vyberte plyn — helium, dusík nebo xenon: při stejné teplotě se lehké molekuly pohybují rychleji. Dole jsou tři pohledy. „Tlak“ je přímka p v závislosti na T a bod absolutní nuly. „Rychlosti“ je rozdělení molekul podle rychlosti. „Žhnutí“ je spektrum horkého tělesa a jeho maximum.
Každý krok k nule je těžší než ten předchozí
Abyste těleso ochladili, musíte mu odebrat teplo něčím ještě chladnějším. Čím blíž k nule, tím méně tepla zbývá a tím hůř se odebírá. Lasery a magnetické pasti ochlazují oblaka atomů na miliardtiny kelvinu, ale nula sama zůstává mezí, ke které se lze jen blížit.
02 · Převod
stupnice · energie · pevné bodyZ kelvinů na stupně a na energii
Zadejte teplotu v libovolné stupnici. První karta ji převede na kelviny a stupně Celsia, Fahrenheita a Rankina. Druhá ukáže energii částice a barvu žhnutí. Třetí pevné body stupnice ITS-90.
| {k} | {v} | {note} |
Teploty ve vesmíru se liší skoro 10¹⁷krát. Nejchladnější oblaka atomů v laboratořích byla ochlazena na stovky pikokelvinů, jádro Slunce je teplejší než 15 milionů kelvinů. Člověk žije v úzkém pásu kolem 300 K, kde může být voda kapalná.
04 · Měřicí přístroje
ampule · plynový teploměr · pyrometr · akustickýTeplota se ověřuje v bodech, kde se látka mění
{title}
{text}
05 · Pravidla zápisu
K bez stupně · °C se stupněmK se píše bez znaku stupně
Kelvin se píše velkým K s mezerou za číslem a bez „°“. Stupeň Celsia se píše „°C“, také s mezerou. Rozdíl teplot lze uvést v kelvinech nebo ve stupních Celsia — čísla jsou stejná.
Od roku 1967 kelvin není stupeň a před K se „°“ nepíše. Bez „°“ je velké C coulomb. Předpona a značka se píšou latinkou se správnou velikostí písmen: mK, ne mk. Boltzmannova konstanta má jednotku J/K. Název jednotky se píše malým písmenem a „stupeň Kelvina“ je zastaralý název.
06 · Sousední jednotky
termodynamikaStejný dílek, nula posunutá o 273,15.
Jk·T — energie na částici.
molR = N_A·k spojuje plyn a teplotu.
07 · Historický oddíl
archiv · od Charlesova plynu po Boltzmannovu konstantuJak se našla nula, ke které nelze dojít
{title}
{text}
Bod vody se stal měřeným
Od roku 1954 do roku 2019 se kelvin určoval takto: trojný bod vody je přesně 273,16 K. V tomto bodě existují led, kapalná voda a pára současně. Reprodukuje se ve skleněné ampuli s velmi čistou vodou a každá země měla vlastní sadu takových ampulí.
Jenže voda se ukázala jako vrtošivý etalon: teplota trojného bodu závisí na izotopech vodíku a kyslíku v ní. Proto byl kelvin v roce 2019 od vody odpoután a určen Boltzmannovou konstantou. Teď je 273,16 K naměřená hodnota s nejistotou asi 0,1 mK.
Pro běžné teploměry se nic nezměnilo. Vpravo jsou dva stupně téže stupnice: dřív byla její kotvou voda, teď energie částice a voda se stala jedním z pevných bodů.
Katalog veličin
Teplota a teplo · 12 listů
Rejstřík · všechny veličiny na jedné stránceLaboratoř u vstupu do rejstříkuKapka kyseliny změní barvu šťávy, sůl obarví plamen, voda zamrzne po klepnutí. Pod nimi všechny listy Simetria podle oborů a abecedně.Otevřít rejstřík →
