Kelvin
SI-perusyksikkö · suure: termodynaaminen lämpötila
01 · Määritelmä
Kelvin on ainoa yksikkö, joka mittaa lämpötilaa asteikon todellisesta alusta eikä joltakin mukavalta nollakohdalta. Ja ainoa, joka on määritelty energian kautta: SI:ssä lämpötila on lämpöliikkeen energiaa, ei muuta.
Vuodesta 2019 kelvin on asetettu kiinnittämällä Boltzmannin vakio: k = 1,380 649·10⁻²³ joulea kelviniä kohti. Yksi kelvin on se lämpötilan muutos, jossa lämpöenergia kT muuttuu täsmälleen 1,380 649·10⁻²³ joulea. Tämän asteikon nolla ei ole sopimus vaan kohta, jossa lämpöliike lakkaa.
Negatiivista absoluuttista lämpötilaa ei ole: 0 K:ssä lämpöliike pysähtyy. Nollan saavuttaminen on mahdotonta — termodynamiikan kolmas pääsääntö. Laboratorion ennätys on 38 pikokelviniä, mutta ei nolla.
02 · Muunnos
Syötä lämpötila — passi muuntaa sen
Kelvin on ainoa lämpötila-asteikko, jossa SI-etuliitteillä on mieltä: millikelvinit kryostaatissa, megakelvinit tähdessä. Celsiuksella ja Fahrenheitilla on siirretty nolla, joten ne eivät siedä etuliitteitä eivätkä kertomista — vain siirron ja kertoimen.
Käytännössä lämpötilaa ei lasketa Boltzmannin vakiosta vaan verrataan ITS-90:n kiintopisteisiin: veden kolmoispiste, tinan, sinkin, hopean ja kullan jähmettymispisteet — seitsemäntoista kiinnitettyä arvoa.
| Yksikkö | Nimi | Arvo | Missä esiintyy |
|---|---|---|---|
| µK | mikrokelvin | 2,95·10⁸ µK | laserjäähdytys, atomiloukut |
| mK | millikelvin | 295 000 mK | kryostaatit, kvanttitietokoneet |
| K | kelvin | 295 K | lämpötilan peruskirjoitus SI:ssä |
| kK | kilokelvin | 0,295 kK | plasma, kaaret, tähtien pinnat |
| MK | megakelvin | 2,95·10⁻⁴ MK | tähtien ytimet, fuusiolaitteistot |
SI-etuliitteet toimivat vain kelvinin kanssa: Celsiuksella ja Fahrenheitilla on siirretty nolla, eikä niihin liitetä etuliitteitä
03 · Suuruusluokat
pikokelvineistä kvarkki-gluoniplasmaanHuoneenlämpötila, 295 K
04 · Mittalaitteet
Millä kelvinejä mitataan
Äänen nopeus jalokaasussa liittyy suoraan kT:hen. Primäärimenetelmä, jolla itse Boltzmannin vakio mitattiin ennen sen kiinnittämistä.
Johnsonin lämpökohina vastuksessa on verrannollinen kT:hen. Se toimii millikelvineistä tuhansiin kelvineihin ilman kalibrointia.
Se lukee lämpötilan säteilyspektristä Planckin lain avulla — näin mitataan uuneja, valettavaa metallia ja tähtien pintoja.
Ampulli vettä, jossa jää, vesi ja höyry pitävät 273,16 K itsestään. Työpiste asteikon siirtämiseen, toistettavuus 0,1 mK.
05 · Kirjoitussäännöt
Pelkkä K — ilman astemerkkiä ja ilman pistettä
Merkki «°K» poistettiin 1967: kelvin ei ole aste vaan itsenäinen yksikkö, siksi kirjoitetaan 300 K. Tunnus on iso kirjain, koska se on sukunimi; yksikön nimi kirjoitetaan pienellä: «kolmesataa kelviniä». Lämpötilaerot kirjoitetaan SI:ssä kelvineinä, vaikka lämpötilat itse olisivat celsiusasteina.
06 · Naapuriyksiköt
Kelvin seisoo joulen vieressä — Boltzmannin vakio sitoo ne suoraan yhteen. Celsiusaste on ainoa johdannaisyksikkö, jonka määritelmässä on kelvin: sama askeleen suuruus, vain nolla siirrettynä kohtaan 273,15 K.
Huoneenlämmössä kT ≈ 0,025 eV — tämä arvo asettaa kynnyksen puolijohteille ja kemiallisille reaktioille.
07 · Historiallinen osasto
Kuinka absoluuttista nollapistettä etsittiin
William Thomson ehdotti asteikkoa, jonka nolla on lämpöliikkeen lakkaaminen ja askel otettu Celsiukselta. Se merkittiin «°A» — absolute.
Sama ajatus absoluuttisesta nollapisteestä, mutta Fahrenheitin askeleella. Elää amerikkalaisessa lämpötekniikassa: 1 K = 1,8 °Ra.
Kelvin oli 1/273,16 kolmoispisteen lämpötilasta — se siis riippui yhden aineen ominaisuuksista ja sen isotooppikoostumuksesta.
Astemerkin ja sanan «aste» kanssa. Poistettiin 1967: kelvin ei ole aste vaan perusyksikkö omalla nollallaan.
Kelvin pääsi eroon vedestä, mutta vesi jäi töihin
Määritelmässä veden kolmoispisteen kautta oli ikävä yksityiskohta: tuon pisteen lämpötila riippuu isotooppikoostumuksesta — raskas vesi jäätyy toisin kuin tavallinen, ja oli sovittava valtameriveden vertailukoostumus. Kun Boltzmannin vakio kiinnitettiin, määritelmä vapautui aineesta; käytännössä kolmoispistekenno on silti työjuhta: primäärinen toteutus on kallis, ja vesiampulli toistaa 273,16 K kymmenesosamillikelvinin tarkkuudella.
Luettelo · Kansainvälinen yksikköjärjestelmä
Passi jokaiselle suureelle
Seitsemän perusyksikköä, kaksikymmentäkaksi omalla nimellä varustettua johdannaista ja käytöstä poistettujen järjestelmien arkisto. Jokainen on oma lehtensä: määritelmä, dimensio, muunnos, mittalaitteet, kirjoitussäännöt. 36 kielellä.
Perusyksiköt
avaa kelvinin passiJohdannaiset omalla nimellä
terrakotalla — ainoa, joka määritellään kelvinin kauttaHistorialliset järjestelmät
merkintöjen arkistoPassin kieli
36 kieltä. Tunnusta K ja kaavoja ei käännetä — ne ovat samat kaikissa kieliversioissa; käännetään kuvaus, esimerkit ja kunkin kirjoitusjärjestelmän kirjoitussäännöt.