Κέλβιν
Βασική μονάδα SI · μέγεθος: θερμοδυναμική θερμοκρασία
01 · Ορισμός
Το κέλβιν είναι η μόνη μονάδα που μετρά τη θερμοκρασία από την πραγματική αρχή της κλίμακας και όχι από κάποιο βολικό μηδέν. Και η μόνη που ορίζεται μέσω ενέργειας: στο SI η θερμοκρασία είναι η ενέργεια της θερμικής κίνησης, τίποτα παραπάνω.
Από το 2019 το κέλβιν ορίζεται με τη σταθεροποίηση της σταθεράς Boltzmann: k = 1,380 649·10⁻²³ τζάουλ ανά κέλβιν. Ένα κέλβιν είναι εκείνη η μεταβολή θερμοκρασίας κατά την οποία η θερμική ενέργεια kT αλλάζει ακριβώς κατά 1,380 649·10⁻²³ τζάουλ. Το μηδέν αυτής της κλίμακας δεν είναι σύμβαση αλλά το σημείο όπου παύει η θερμική κίνηση.
Αρνητική απόλυτη θερμοκρασία δεν υπάρχει: στους 0 K η θερμική κίνηση σταματά. Η επίτευξη του μηδενός είναι αδύνατη — τρίτος νόμος της θερμοδυναμικής. Το εργαστηριακό ρεκόρ είναι 38 πικοκέλβιν, αλλά όχι μηδέν.
02 · Μετατροπή
Εισαγάγετε μια θερμοκρασία — το διαβατήριο θα τη μετατρέψει
Το κέλβιν είναι η μόνη κλίμακα θερμοκρασίας όπου τα προθέματα SI έχουν νόημα: μιλικέλβιν σε κρυοστάτη, μεγακέλβιν σε άστρο. Κελσίου και Φαρενάιτ έχουν μετατοπισμένο μηδέν, γι' αυτό δεν δέχονται ούτε προθέματα ούτε πολλαπλασιασμό — μόνο μετατόπιση και συντελεστή.
Στην πράξη η θερμοκρασία δεν υπολογίζεται από τη σταθερά Boltzmann αλλά αντιπαραβάλλεται με τα σταθερά σημεία της ITS-90: τριπλό σημείο του νερού, σημεία πήξης κασσίτερου, ψευδαργύρου, αργύρου και χρυσού — δεκαεπτά καθορισμένες τιμές.
| Μονάδα | Όνομα | Τιμή | Πού συναντάται |
|---|---|---|---|
| µK | μικροκέλβιν | 2,95·10⁸ µK | ψύξη με λέιζερ, παγίδες ατόμων |
| mK | μιλικέλβιν | 295 000 mK | κρυοστάτες, κβαντικοί υπολογιστές |
| K | κέλβιν | 295 K | η βασική γραφή της θερμοκρασίας στο SI |
| kK | κιλοκέλβιν | 0,295 kK | πλάσμα, τόξα, επιφάνειες άστρων |
| MK | μεγακέλβιν | 2,95·10⁻⁴ MK | πυρήνες άστρων, εγκαταστάσεις σύντηξης |
Τα προθέματα SI λειτουργούν μόνο με το κέλβιν: Κελσίου και Φαρενάιτ έχουν μετατοπισμένο μηδέν και δεν παίρνουν προθέματα
03 · Τάξεις μεγέθους
από τα πικοκέλβιν ως το πλάσμα κουάρκ-γκλουονίωνΘερμοκρασία δωματίου, 295 K
04 · Όργανα μέτρησης
Με τι μετρώνται τα κέλβιν
Η ταχύτητα του ήχου σε ευγενές αέριο συνδέεται άμεσα με το kT. Η πρωτογενής μέθοδος με την οποία μετρήθηκε η ίδια η σταθερά Boltzmann πριν σταθεροποιηθεί.
Ο θερμικός θόρυβος Johnson σε μια αντίσταση είναι ανάλογος του kT. Λειτουργεί από μιλικέλβιν ως χιλιάδες κέλβιν χωρίς βαθμονόμηση.
Διαβάζει τη θερμοκρασία από το φάσμα ακτινοβολίας μέσω του νόμου του Planck — έτσι μετρώνται κλίβανοι, μέταλλο στη χύτευση και επιφάνειες άστρων.
Μια αμπούλα με νερό όπου πάγος, νερό και ατμός κρατούν 273,16 K από μόνα τους. Το σημείο εργασίας για τη μεταφορά της κλίμακας, αναπαραγωγιμότητα 0,1 mK.
05 · Κανόνες γραφής
Απλώς K — χωρίς σύμβολο βαθμού και χωρίς τελεία
Το σύμβολο «°K» καταργήθηκε το 1967: το κέλβιν δεν είναι βαθμός αλλά αυτοτελής μονάδα, γι' αυτό γράφουμε 300 K. Το σύμβολο είναι κεφαλαίο επειδή είναι επώνυμο· το όνομα της μονάδας γράφεται με μικρό: «τριακόσια κέλβιν». Οι διαφορές θερμοκρασίας στο SI γράφονται σε κέλβιν, ακόμη κι όταν οι ίδιες οι θερμοκρασίες δίνονται σε Κελσίου.
06 · Γειτονικές μονάδες
Το κέλβιν στέκεται δίπλα στο τζάουλ — η σταθερά Boltzmann τα δένει άμεσα. Ο βαθμός Κελσίου είναι η μόνη παράγωγη μονάδα της οποίας ο ορισμός περιέχει το κέλβιν: ίδιο μέγεθος βήματος, μόνο με το μηδέν μετατοπισμένο στους 273,15 K.
Σε θερμοκρασία δωματίου kT ≈ 0,025 eV — αυτή η τιμή ορίζει το κατώφλι για τους ημιαγωγούς και τις χημικές αντιδράσεις.
07 · Ιστορικό τμήμα
Πώς αναζητούσαν το απόλυτο μηδέν
Ο Ουίλιαμ Τόμσον πρότεινε κλίμακα με μηδέν την παύση της θερμικής κίνησης και βήμα παρμένο από τον Κελσίου. Γραφόταν «°A» — absolute.
Η ίδια ιδέα του απόλυτου μηδενός, αλλά με το βήμα του Φαρενάιτ. Επιβιώνει στην αμερικανική θερμοτεχνική: 1 K = 1,8 °Ra.
Το κέλβιν ήταν το 1/273,16 της θερμοκρασίας του τριπλού σημείου — εξαρτιόταν δηλαδή από τις ιδιότητες μιας μόνο ουσίας και τη σύσταση των ισοτόπων της.
Με το σύμβολο του βαθμού και τη λέξη «βαθμός». Καταργήθηκε το 1967: το κέλβιν δεν είναι βαθμός αλλά βασική μονάδα με δικό της μηδέν.
Το κέλβιν ξεφορτώθηκε το νερό, μα το νερό έμεινε στη δουλειά
Ο ορισμός μέσω του τριπλού σημείου του νερού είχε μια ενοχλητική λεπτομέρεια: η θερμοκρασία αυτού του σημείου εξαρτάται από τη σύσταση των ισοτόπων — το βαρύ νερό παγώνει διαφορετικά από το κοινό, κι έπρεπε να οριστεί σύσταση αναφοράς του ωκεάνιου νερού. Με τη σταθεροποίηση της σταθεράς Boltzmann ο ορισμός απαλλάχθηκε από κάθε ουσία· στην πράξη όμως η κυψελίδα τριπλού σημείου παραμένει το άλογο της δουλειάς: η πρωτογενής υλοποίηση είναι ακριβή, και η αμπούλα με νερό αναπαράγει τους 273,16 K με ακρίβεια δέκατου του μιλικέλβιν.
Κατάλογος · Το Διεθνές Σύστημα Μονάδων
Ένα διαβατήριο για κάθε μέγεθος
Επτά βασικές μονάδες, είκοσι δύο παράγωγες με δικά τους ονόματα και ένα αρχείο συστημάτων εκτός χρήσης. Καθεμιά είναι ξεχωριστό φύλλο: ορισμός, διάσταση, μετατροπή, όργανα, κανόνες γραφής. Σε 36 γλώσσες.
Βασικές μονάδες
ανοίξτε το διαβατήριο του κέλβινΠαράγωγες με δικό τους όνομα
με τερακότα — η μόνη που ορίζεται μέσω του κέλβινΙστορικά συστήματα
αρχείο συμβολισμώνΓλώσσα του διαβατηρίου
36 γλώσσες. Το σύμβολο K και οι τύποι δεν μεταφράζονται — είναι πανομοιότυποι σε όλες τις εκδόσεις· μεταφράζονται η περιγραφή, τα παραδείγματα και οι κανόνες γραφής κάθε γραφής.