Kelvin
Unidad básica SI · magnitud: temperatura termodinámica
01 · Definición
El kelvin es la única unidad que mide la temperatura desde el verdadero comienzo de la escala y no desde un cero cómodo. Y la única definida por la energía: en el SI la temperatura es la energía del movimiento térmico, nada más.
Desde 2019 el kelvin queda fijado por la constante de Boltzmann: k = 1,380 649·10⁻²³ julios por kelvin. Un kelvin es aquel cambio de temperatura con el que la energía térmica kT varía exactamente en 1,380 649·10⁻²³ julios. El cero de esta escala no es un convenio, sino el punto donde cesa el movimiento térmico.
No existe la temperatura absoluta negativa: a 0 K el movimiento térmico se detiene. Alcanzar el cero es imposible — tercer principio de la termodinámica. El récord de laboratorio es de 38 picokelvin, pero no cero.
02 · Conversión
Introduzca una temperatura — el pasaporte la convertirá
El kelvin es la única escala de temperatura en la que los prefijos SI tienen sentido: milikelvin en un criostato, megakelvin en una estrella. Celsius y Fahrenheit tienen el cero desplazado, por eso no admiten ni prefijos ni multiplicación: solo un desplazamiento y un factor.
En la práctica la temperatura no se calcula a partir de la constante de Boltzmann, sino que se contrasta con los puntos fijos de la EIT-90: punto triple del agua, puntos de solidificación del estaño, el cinc, la plata y el oro — diecisiete valores fijados.
| Unidad | Nombre | Valor | Dónde aparece |
|---|---|---|---|
| µK | microkelvin | 2,95·10⁸ µK | enfriamiento láser, trampas de átomos |
| mK | milikelvin | 295 000 mK | criostatos, ordenadores cuánticos |
| K | kelvin | 295 K | la escritura básica de la temperatura en el SI |
| kK | kilokelvin | 0,295 kK | plasma, arcos, superficies de estrellas |
| MK | megakelvin | 2,95·10⁻⁴ MK | núcleos de estrellas, instalaciones de fusión |
Los prefijos SI funcionan solo con el kelvin: Celsius y Fahrenheit tienen el cero desplazado y no se les aplican prefijos
03 · Órdenes de magnitud
de los picokelvin al plasma de quarks y gluonesTemperatura ambiente, 295 K
04 · Instrumentos de medida
Con qué se miden los kelvin
La velocidad del sonido en un gas noble está ligada directamente a kT. El método primario con el que se midió la propia constante de Boltzmann antes de fijarla.
El ruido térmico de Johnson en una resistencia es proporcional a kT. Funciona desde milikelvin hasta miles de kelvin sin calibración.
Lee la temperatura del espectro de radiación mediante la ley de Planck — así se miden hornos, metal en colada y superficies estelares.
Una ampolla de agua donde hielo, agua y vapor mantienen 273,16 K por sí solos. El punto de trabajo para transferir la escala, reproducible a 0,1 mK.
05 · Reglas de escritura
Solo K — sin signo de grado y sin punto
El signo «°K» se abolió en 1967: el kelvin no es un grado sino una unidad por derecho propio, por eso se escribe 300 K. El símbolo es mayúscula porque es un apellido; el nombre de la unidad se escribe en minúscula: «trescientos kelvin». Las diferencias de temperatura en el SI se escriben en kelvin, incluso cuando las temperaturas mismas están en Celsius.
06 · Unidades vecinas
El kelvin está junto al julio — la constante de Boltzmann los une directamente. El grado Celsius es la única unidad derivada cuya definición contiene el kelvin: el mismo tamaño de paso, solo que con el cero desplazado a 273,15 K.
A temperatura ambiente kT ≈ 0,025 eV — este valor fija el umbral de los semiconductores y de las reacciones químicas.
07 · Sección histórica
Cómo se buscaba el cero absoluto
William Thomson propuso una escala cuyo cero es el cese del movimiento térmico, con el paso tomado de Celsius. Se escribía «°A» — absolute.
La misma idea del cero absoluto, pero con el paso de Fahrenheit. Sobrevive en la técnica térmica estadounidense: 1 K = 1,8 °Ra.
El kelvin era 1/273,16 de la temperatura del punto triple — es decir, dependía de las propiedades de una sola sustancia y de su composición isotópica.
Con el signo de grado y la palabra «grado». Abolido en 1967: el kelvin no es un grado sino una unidad básica con su propio cero.
El kelvin se libró del agua, pero el agua siguió trabajando
La definición mediante el punto triple del agua tenía un detalle molesto: la temperatura de ese punto depende de la composición isotópica — el agua pesada se congela de otro modo que la corriente, y había que estipular una composición de referencia del agua oceánica. Al fijarse la constante de Boltzmann la definición quedó libre de sustancia, pero en la práctica la célula de punto triple sigue siendo el caballo de tiro: la realización primaria es cara, y la ampolla de agua reproduce 273,16 K con una décima de milikelvin.
Catálogo · El Sistema Internacional de Unidades
Un pasaporte para cada magnitud
Siete unidades básicas, veintidós derivadas con nombre propio y un archivo de sistemas retirados del uso. Cada una es una hoja aparte: definición, dimensión, conversión, instrumentos, reglas de escritura. En 36 idiomas.
Unidades básicas
abra el pasaporte del kelvinDerivadas con nombre propio
en terracota — la única definida mediante el kelvinSistemas históricos
archivo de notacionesIdioma del pasaporte
36 idiomas. El símbolo K y las fórmulas no se traducen — son idénticos en todas las locales; se traducen la descripción, los ejemplos y las reglas de escritura de cada escritura.