Αριστερά ένα γυάλινο θερμόμετρο. Η στήλη ανεβαίνει από το απόλυτο μηδέν ως τους 373 K και ξανακατεβαίνει· κοντά στο μηδέν αναβοσβήνει ένα μπλε σημάδι. Δεξιά, σε ένα δοχείο κινούνται μόρια αερίου: τα μπλε αργά, τα πορτοκαλί γρήγορα. Μέσα από το δοχείο διακρίνεται το γράμμα K. Κάτω η οθόνη δείχνει 273,16 K — το τριπλό σημείο του νερού. Αναβοσβήνει μια λυχνία εγγραφής.
Φύλλο μονάδας
θεμελιώδης μονάδα SIαναθ. 2026-10Κέλβιν K
Θεμελιώδης μονάδα SI · μέγεθος: θερμοδυναμική θερμοκρασία — μέτρο της μέσης ενέργειας κίνησης των σωματιδίων
Γιατί τίποτα δεν είναι ψυχρότερο από −273,15 °C
Τον 18ο αιώνα οι φυσικοί παρατήρησαν ότι, όταν ψύχεται αέριο σε κλειστό δοχείο, η πίεση πέφτει κατά το ίδιο κλάσμα με κάθε βαθμό. Προεκτείνοντας αυτή την ευθεία σε ένα διάγραμμα, βρήκαν το σημείο όπου η πίεση θα μηδενιζόταν — περίπου −273 °C. Ψυχρότερα δεν γίνεται: τα μόρια δεν έχουν πια πώς να επιβραδυνθούν.
Η κλίμακα Κέλβιν αρχίζει σε αυτό το σημείο — το απόλυτο μηδέν. Οι υποδιαιρέσεις της είναι ίδιες με της κλίμακας Κελσίου, οπότε 0 °C είναι 273,15 K, και το νερό βράζει σε κανονική πίεση περίπου στους 373,12 K. Αρνητικά κέλβιν με τη συνηθισμένη έννοια δεν υπάρχουν.
Από το 2019 το κέλβιν ορίζεται μέσω της σταθεράς Boltzmann k = 1,380 649·10⁻²³ J/K. Αυτή συνδέει τη θερμοκρασία με την ενέργεια. Σε θερμοκρασία T κάθε μόριο αερίου φέρει κατά μέσο όρο κινητική ενέργεια 3/2·k·T. Ένα θερμόμετρο, στην ουσία, μετρά ακριβώς αυτήν.
Το σύμβολο του κέλβιν είναι κεφαλαίο K χωρίς σύμβολο βαθμού: «300 K», όχι «300 °K». Το μέγεθος γράφεται με κεφαλαίο T. Το όνομα της μονάδας γράφεται με πεζά — κέλβιν — αν και προέρχεται από τον λόρδο Κέλβιν. Το πεζό k είναι η σταθερά Boltzmann και το πρόθεμα κιλο.
Το κέλβιν και ο βαθμός Κελσίου έχουν το ίδιο μέγεθος, αλλά διαφορετικά μηδενικά. 20 °C είναι 293,15 K. Μια διαφορά θερμοκρασίας είναι ίδια και στις δύο μονάδες: 5 °C θερμότερα σημαίνει 5 K θερμότερα. Μην τη συγχέετε ούτε με τη θερμότητα: η θερμοκρασία δεν είναι ενέργεια, αλλά μέτρο του μέσου μεριδίου της ανά σωματίδιο.
01 · Ορισμός
ενέργεια σωματιδίων · αέριο · πυράκτωσηΣτο αέριο τα μόρια πετούν, στο υγρό σπρώχνονται και στο στερεό τρέμουν επί τόπου. Όσο πιο γρήγορα κινούνται, τόσο υψηλότερη η θερμοκρασία. Η θερμοκρασία σε κέλβιν είναι ευθέως ανάλογη με τη μέση κινητική ενέργεια αυτής της κίνησης: διπλάσια κέλβιν, διπλάσια ενέργεια.
Γι’ αυτό η πίεση και ο όγκος ενός αερίου αυξάνονται ευθέως με τη θερμοκρασία σε κέλβιν, όχι σε βαθμούς Κελσίου. Η θέρμανση του αέρα σε ένα λάστιχο από 0 σε 27 °C δεν είναι «απείρως περισσότερη», αλλά από 273 σε 300 K: η πίεση αυξήθηκε περίπου κατά 10 %.
Ένα θερμό σώμα πυρακτώνεται. Όσο υψηλότερη η θερμοκρασία, τόσο μικρότερο το μήκος κύματος που φέρει το περισσότερο φως. Η θράκα λάμπει σκούρα κόκκινη στους 1000 K, το νήμα μιας λάμπας κιτρινόλευκο στους 2700 K, η επιφάνεια του Ήλιου λευκή στους 5772 K. Από το χρώμα της λάμψης μετριέται η θερμοκρασία χωρίς επαφή.
Τι αλλάζει όταν ανεβαίνουν τα κέλβιν
Με τον ρυθμιστή ορίζετε τη θερμοκρασία από 1 ως 6000 K. Στο δοχείο αριστερά κινούνται μόρια αερίου: η μέση ταχύτητά τους αυξάνεται με την τετραγωνική ρίζα της θερμοκρασίας, η πίεση στα τοιχώματα ευθέως με αυτήν. Το χρώμα του μορίου δείχνει την ταχύτητά του: μπλε αργό, πορτοκαλί γρήγορο. Δεξιά μια σφαίρα από βολφράμιο: καθώς ανεβαίνει η θερμοκρασία, αρχίζει να πυρακτώνεται, πρώτα σκούρα κόκκινη, μετά κίτρινη και λευκή. Επιλέξτε αέριο — ήλιο, άζωτο ή ξένο: στην ίδια θερμοκρασία τα ελαφριά μόρια κινούνται γρηγορότερα. Κάτω υπάρχουν τρεις όψεις. Η «Πίεση» είναι η ευθεία p ως προς T και το σημείο του απόλυτου μηδενός. Οι «Ταχύτητες» είναι η κατανομή των μορίων κατά ταχύτητα. Η «Πυράκτωση» είναι το φάσμα ενός θερμού σώματος και το μέγιστό του.
Κάθε βήμα προς το μηδέν είναι δυσκολότερο από το προηγούμενο
Για να ψύξετε ένα σώμα, πρέπει να του πάρετε θερμότητα με κάτι ακόμη ψυχρότερο. Όσο πιο κοντά στο μηδέν, τόσο λιγότερη θερμότητα μένει και τόσο δυσκολότερα αφαιρείται. Τα λέιζερ και οι μαγνητικές παγίδες ψύχουν νέφη ατόμων σε δισεκατομμυριοστά του κέλβιν, αλλά το ίδιο το μηδέν μένει ένα όριο που μόνο το πλησιάζεις.
02 · Μετατροπή
κλίμακες · ενέργεια · σταθερά σημείαΑπό κέλβιν σε βαθμούς και σε ενέργεια
Εισαγάγετε θερμοκρασία σε οποιαδήποτε κλίμακα. Η πρώτη καρτέλα τη μετατρέπει σε κέλβιν και βαθμούς Κελσίου, Φαρενάιτ και Ράνκιν. Η δεύτερη δείχνει την ενέργεια ενός σωματιδίου και το χρώμα της λάμψης. Η τρίτη, τα σταθερά σημεία της ITS-90.
| {k} | {v} | {note} |
Οι θερμοκρασίες στο Σύμπαν διαφέρουν σχεδόν 10¹⁷ φορές. Τα ψυχρότερα νέφη ατόμων στα εργαστήρια έχουν ψυχθεί σε εκατοντάδες πικοκέλβιν· ο πυρήνας του Ήλιου ξεπερνά τα 15 εκατομμύρια κέλβιν. Ο άνθρωπος ζει σε μια στενή ζώνη γύρω στους 300 K, όπου το νερό μπορεί να είναι υγρό.
04 · Όργανα μέτρησης
κυψέλη · θερμόμετρο αερίου · πυρόμετρο · ακουστικόΗ θερμοκρασία ελέγχεται σε σημεία όπου μια ουσία αλλάζει
{title}
{text}
05 · Κανόνες γραφής
K χωρίς βαθμό · °C με βαθμόΤο K γράφεται χωρίς σύμβολο βαθμού
Το κέλβιν γράφεται με κεφαλαίο K, με κενό μετά τον αριθμό και χωρίς «°». Ο βαθμός Κελσίου γράφεται «°C», επίσης με κενό. Μια διαφορά θερμοκρασίας μπορεί να δοθεί σε κέλβιν ή σε βαθμούς Κελσίου — οι αριθμοί συμπίπτουν.
Από το 1967 το κέλβιν δεν είναι βαθμός, και πριν από το K δεν μπαίνει «°». Χωρίς «°», ένα κεφαλαίο C είναι το κουλόμπ. Το πρόθεμα και το σύμβολο γράφονται με λατινικά γράμματα και σωστά κεφαλαία: mK, όχι mk. Η σταθερά Boltzmann έχει μονάδα J/K. Το όνομα της μονάδας γράφεται με πεζά, και ο «βαθμός Κέλβιν» είναι παρωχημένη ονομασία.
06 · Γειτονικές μονάδες
θερμοδυναμικήΊδια υποδιαίρεση, μηδέν μετατοπισμένο κατά 273,15.
Jk·T — ενέργεια ανά σωματίδιο.
molR = N_A·k συνδέει αέριο και θερμοκρασία.
07 · Ιστορικό μέρος
αρχείο · από το αέριο του Charles ως τη σταθερά BoltzmannΠώς βρέθηκε ένα μηδέν που δεν μπορείς να φτάσεις
{title}
{text}
Το σημείο του νερού έγινε μετρούμενο
Από το 1954 ως το 2019 το κέλβιν οριζόταν έτσι: το τριπλό σημείο του νερού είναι ακριβώς 273,16 K. Σε αυτό το σημείο συνυπάρχουν πάγος, υγρό νερό και ατμός. Αναπαράγεται σε γυάλινη κυψέλη με πολύ καθαρό νερό, και κάθε χώρα είχε το δικό της σύνολο κυψελών.
Όμως το νερό αποδείχθηκε ιδιότροπο πρότυπο: η θερμοκρασία του τριπλού σημείου εξαρτάται από τα ισότοπα υδρογόνου και οξυγόνου που περιέχει. Γι’ αυτό το 2019 το κέλβιν αποσυνδέθηκε από το νερό και ορίστηκε μέσω της σταθεράς Boltzmann. Τώρα τα 273,16 K είναι μετρούμενη τιμή, με αβεβαιότητα περίπου 0,1 mK.
Για τα κοινά θερμόμετρα δεν άλλαξε τίποτα. Δεξιά, δύο σκαλοπάτια της ίδιας κλίμακας: παλιά άγκυρά της ήταν το νερό, τώρα η ενέργεια ενός σωματιδίου, και το νερό έγινε ένα από τα σταθερά σημεία.
Κατάλογος μεγεθών
Θερμοκρασία και θερμότητα · 12 φύλλα
Ευρετήριο · όλα τα μεγέθη σε μία σελίδαΤο εργαστήριο στην είσοδο του ευρετηρίουΜια σταγόνα οξέος αλλάζει το χρώμα του χυμού, το αλάτι χρωματίζει τη φλόγα, το νερό παγώνει με ένα χτύπημα. Από κάτω, όλα τα φύλλα του Simetrium κατά επιστήμη και αλφαβητικά.Άνοιγμα ευρετηρίου →
