Kelvin
SI-grundenhed · størrelse: termodynamisk temperatur
01 · Definition
Kelvin er den eneste enhed, der måler temperatur fra skalaens virkelige begyndelse og ikke fra et bekvemt nulpunkt. Og den eneste, der er defineret gennem energi: i SI er temperatur varmebevægelsens energi, ikke mere.
Siden 2019 er kelvin fastsat ved at fastlåse Boltzmanns konstant: k = 1,380 649·10⁻²³ joule pr. kelvin. Én kelvin er den temperaturændring, hvor den termiske energi kT ændres med præcis 1,380 649·10⁻²³ joule. Nulpunktet på denne skala er ingen aftale, men det sted hvor varmebevægelsen ophører.
Negativ absolut temperatur findes ikke: ved 0 K standser varmebevægelsen. At nå nulpunktet er umuligt — termodynamikkens tredje hovedsætning. Laboratoriets rekord er 38 picokelvin, men ikke nul.
02 · Omregning
Indtast en temperatur — passet omregner den
Kelvin er den eneste temperaturskala, hvor SI-præfikser giver mening: millikelvin i en kryostat, megakelvin i en stjerne. Celsius og Fahrenheit har forskudt nulpunkt og tåler derfor hverken præfikser eller multiplikation — kun en forskydning og en faktor.
I praksis beregnes temperaturen ikke ud fra Boltzmanns konstant, men afstemmes efter ITS-90's fikspunkter: vandets tripelpunkt, størkningspunkterne for tin, zink, sølv og guld — sytten fastlagte værdier.
| Enhed | Navn | Værdi | Hvor den forekommer |
|---|---|---|---|
| µK | mikrokelvin | 2,95·10⁸ µK | laserkøling, atomfælder |
| mK | millikelvin | 295 000 mK | kryostater, kvantecomputere |
| K | kelvin | 295 K | temperaturens basisnotation i SI |
| kK | kilokelvin | 0,295 kK | plasma, buer, stjerneoverflader |
| MK | megakelvin | 2,95·10⁻⁴ MK | stjernekerner, fusionsanlæg |
SI-præfikserne virker kun med kelvin: Celsius og Fahrenheit har forskudt nulpunkt, og præfikser bruges ikke til dem
03 · Størrelsesordener
fra picokelvin til kvark-gluon-plasmaStuetemperatur, 295 K
04 · Måleinstrumenter
Hvad man måler kelvin med
Lydhastigheden i en ædelgas hænger direkte sammen med kT. Den primære metode, hvormed selve Boltzmanns konstant blev målt, før den blev fastlåst.
Johnsons termiske støj i en modstand er proportional med kT. Det virker fra millikelvin til tusinder af kelvin uden kalibrering.
Det aflæser temperaturen af strålingsspektret via Plancks lov — sådan måler man ovne, metal ved støbning og stjerneoverflader.
En ampul med vand, hvor is, vand og damp holder 273,16 K af sig selv. Arbejdspunktet til at føre skalaen videre, reproducerbart til 0,1 mK.
05 · Skriveregler
Bare K — uden gradtegn og uden punktum
Tegnet «°K» blev afskaffet i 1967: kelvin er ikke en grad, men en selvstændig enhed, derfor skriver man 300 K. Symbolet er stort, fordi det er et efternavn; enhedens navn skrives med lille: «tre hundrede kelvin». Temperaturforskelle skrives i SI i kelvin, også når temperaturerne selv er angivet i Celsius.
06 · Naboenheder
Kelvin står ved siden af joule — Boltzmanns konstant binder dem direkte sammen. Grad Celsius er den eneste afledte enhed, hvis definition indeholder kelvin: samme skridtstørrelse, blot med nulpunktet forskudt til 273,15 K.
Ved stuetemperatur er kT ≈ 0,025 eV — denne værdi sætter tærsklen for halvledere og kemiske reaktioner.
07 · Historisk afdeling
Hvordan man søgte det absolutte nulpunkt
William Thomson foreslog en skala, hvis nulpunkt er varmebevægelsens ophør, med skridtet taget fra Celsius. Den blev skrevet «°A» — absolute.
Samme idé om det absolutte nulpunkt, men med Fahrenheits skridt. Den lever videre i amerikansk varmeteknik: 1 K = 1,8 °Ra.
Kelvin var 1/273,16 af tripelpunktets temperatur — den afhang altså af ét stofs egenskaber og dets isotopsammensætning.
Med gradtegn og ordet «grad». Afskaffet i 1967: kelvin er ikke en grad, men en grundenhed med sit eget nulpunkt.
Kelvin slap af med vandet, men vandet blev i arbejde
Definitionen via vandets tripelpunkt havde en ubehagelig detalje: temperaturen i dette punkt afhænger af isotopsammensætningen — tungt vand fryser anderledes end almindeligt, og man måtte fastsætte en referencesammensætning for havvand. Da Boltzmanns konstant blev fastlåst, blev definitionen stoffri; i praksis er tripelpunktscellen dog stadig arbejdshesten: den primære realisering er dyr, og vandampullen gengiver 273,16 K til en tiendedel millikelvin.
Katalog · Det Internationale Enhedssystem
Et pas til hver størrelse
Syv grundenheder, toogtyve afledte med egne navne og et arkiv over systemer taget ud af brug. Hver er sit eget blad: definition, dimension, omregning, instrumenter, skriveregler. På 36 sprog.
Grundenheder
åbn kelvins pasAfledte med eget navn
i terrakotta — den eneste, der er defineret via kelvinHistoriske systemer
notationsarkivPassets sprog
36 sprog. Symbolet K og formlerne oversættes ikke — de er identiske i alle sprogversioner; det, der oversættes, er beskrivelsen, eksemplerne og skrivereglerne for hver skrift.