کلوین
یکای پایه SI · کمیت: دمای ترمودینامیکی
01 · تعریف
کلوین تنها یکایی است که دما را از آغاز واقعی مقیاس میسنجد، نه از صفری دلخواه و راحت. و تنها یکایی که از راه انرژی تعریف میشود: در SI دما همان انرژی جنبش گرمایی است، نه بیشتر.
از ۲۰۱۹ کلوین با تثبیت ثابت بولتزمان تعیین میشود: k = 1.380 649·10⁻²³ ژول بر کلوین. یک کلوین آن تغییر دماست که انرژی گرمایی kT دقیقاً 1.380 649·10⁻²³ ژول تغییر کند. صفر این مقیاس قرارداد نیست، بلکه همان جایی است که جنبش گرمایی میایستد.
دمای مطلق منفی وجود ندارد: در 0 K جنبش گرمایی میایستد. رسیدن به صفر ناممکن است — قانون سوم ترمودینامیک. رکورد آزمایشگاه 38 پیکوکلوین است، اما نه صفر.
02 · تبدیل
دمایی وارد کنید — گذرنامه آن را تبدیل میکند
کلوین تنها مقیاس دمایی است که پیشوندهای SI در آن معنا دارند: میلیکلوین در یخچال، مگاکلوین در ستاره. سلسیوس و فارنهایت صفرشان جابهجا شده است، پس نه پیشوند میپذیرند و نه ضرب — تنها یک جابهجایی و یک ضریب.
در عمل دما را از ثابت بولتزمان حساب نمیکنند، بلکه با نقاط ثابت ITS-90 میسنجند: نقطه سهگانه آب، نقاط انجماد قلع، روی، نقره و طلا — هفده مقدار تثبیتشده.
| یکا | نام | مقدار | کجا دیده میشود |
|---|---|---|---|
| µK | میکروکلوین | 2.95·10⁸ µK | سرمایش لیزری، تلههای اتمی |
| mK | میلیکلوین | 295 000 mK | یخچالها، رایانههای کوانتومی |
| K | کلوین | 295 K | نگارش پایه دما در SI |
| kK | کیلوکلوین | 0.295 kK | پلاسما، قوسها، سطح ستارگان |
| MK | مگاکلوین | 2.95·10⁻⁴ MK | هسته ستارگان، تأسیسات همجوشی |
پیشوندهای SI تنها با کلوین کار میکنند: سلسیوس و فارنهایت صفرشان جابهجاست و پیشوند نمیگیرند
03 · مرتبههای بزرگی
از پیکوکلوین تا پلاسمای کوارک–گلوئوندمای اتاق، 295 K
04 · ابزارهای اندازهگیری
کلوین را با چه میسنجند
سرعت صوت در گاز نجیب مستقیماً به kT بسته است. همان روش اولیهای که خودِ ثابت بولتزمان پیش از تثبیت با آن اندازه گرفته شد.
نوفه گرمایی جانسون در یک مقاومت با kT متناسب است. از میلیکلوین تا هزاران کلوین بدون کالیبراسیون کار میکند.
دما را از طیف تابش با قانون پلانک میخواند — کورهها، فلز در ریختهگری و سطح ستارگان چنین سنجیده میشوند.
آمپولی از آب که در آن یخ، آب و بخار خودبهخود 273.16 K را نگه میدارند. نقطه کاری برای انتقال مقیاس، با تکرارپذیری 0.1 mK.
05 · قواعد نگارش
فقط K — بدون نشان درجه و بدون نقطه
نشان «°K» در ۱۹۶۷ برچیده شد: کلوین درجه نیست بلکه یکایی مستقل است، پس 300 K نوشته میشود. نماد بزرگ است چون نام خانوادگی است؛ نام یکا با حرف کوچک نوشته میشود: «سیصد کلوین». اختلاف دما در SI با کلوین نوشته میشود، حتی اگر خود دماها بر حسب سلسیوس آمده باشند.
06 · یکاهای همسایه
کلوین کنار ژول ایستاده است — ثابت بولتزمان آن دو را مستقیم به هم میبندد. درجه سلسیوس تنها یکای فرعی است که تعریفش کلوین دارد: همان اندازه گام، فقط با صفری جابهجاشده به 273.15 K.
در دمای اتاق kT ≈ 0.025 eV — این مقدار آستانه نیمرساناها و واکنشهای شیمیایی را تعیین میکند.
07 · بخش تاریخی
چگونه در پی صفر مطلق بودند
ویلیام تامسون مقیاسی پیشنهاد کرد که صفرش ایستادن جنبش گرمایی است و گامش از سلسیوس گرفته شده. آن را «°A» مینوشتند — absolute.
همان اندیشه صفر مطلق، اما با گام فارنهایت. در مهندسی حرارت آمریکا زنده مانده است: 1 K = 1.8 °Ra.
کلوین ۱/۲۷۳٫۱۶ دمای نقطه سهگانه بود — یعنی به ویژگیهای یک ماده و ترکیب ایزوتوپی آن وابسته بود.
با نشان درجه و واژه «درجه». در ۱۹۶۷ برچیده شد: کلوین درجه نیست بلکه یکایی پایه با صفر خودش است.
کلوین از آب رها شد، اما آب سر کار ماند
تعریف از راه نقطه سهگانه آب یک نکته آزاردهنده داشت: دمای این نقطه به ترکیب ایزوتوپی وابسته است — آب سنگین جور دیگری یخ میزند و باید ترکیب مرجع آب اقیانوس شرط میشد. با تثبیت ثابت بولتزمان تعریف از هر مادهای رها شد؛ اما در عمل سلول نقطه سهگانه هنوز اسب بارکش است: تحقق اولیه گران است و آمپول آب 273.16 K را تا یکدهم میلیکلوین بازمیآفریند.
فهرست · دستگاه بینالمللی یکاها
برای هر کمیت یک گذرنامه
هفت یکای پایه، بیستودو یکای فرعی با نامهای ویژه و بایگانی دستگاههای از رده خارج. هر یک برگی جداگانه است: تعریف، بُعد، تبدیل، ابزارها، قواعد نگارش. به 36 زبان.
یکاهای پایه
گذرنامه کلوین را بگشاییدیکاهای فرعی با نام ویژه
به رنگ سفال — تنها یکایی که با کلوین تعریف میشوددستگاههای تاریخی
بایگانی نشانههازبان گذرنامه
36 زبان. نماد K و فرمولها ترجمه نمیشوند — در همه نسخههای زبانی یکساناند؛ آنچه ترجمه میشود شرح، مثالها و قواعد نگارش هر خط است.