Kelvin
SI-alapegység · mennyiség: termodinamikai hőmérséklet
01 · Definíció
A kelvin az egyetlen egység, amely a hőmérsékletet a skála valódi kezdetétől méri, nem valamilyen kényelmes nullától. És az egyetlen, amelyet energián keresztül definiálnak: az SI-ben a hőmérséklet a hőmozgás energiája, semmi több.
2019 óta a kelvint a Boltzmann-állandó rögzítése adja meg: k = 1,380 649·10⁻²³ joule kelvinenként. Egy kelvin az a hőmérséklet-változás, amelynél a kT hőenergia pontosan 1,380 649·10⁻²³ joule-lal változik. E skála nullája nem megegyezés, hanem az a pont, ahol a hőmozgás megszűnik.
Negatív abszolút hőmérséklet nincs: 0 K-en a hőmozgás megáll. A nullát elérni lehetetlen — a termodinamika harmadik főtétele. A laboratóriumi rekord 38 pikokelvin, de nem nulla.
02 · Átváltás
Írj be egy hőmérsékletet — az útlevél átváltja
A kelvin az egyetlen hőmérsékleti skála, amelynél az SI-előtagoknak értelme van: millikelvin a kriosztátban, megakelvin a csillagban. A Celsius és a Fahrenheit nullája eltolt, ezért sem előtagot, sem szorzást nem tűrnek — csak eltolást és szorzót.
A gyakorlatban a hőmérsékletet nem a Boltzmann-állandóból számolják, hanem az ITS-90 fixpontjaihoz mérik: a víz hármaspontja, az ón, a cink, az ezüst és az arany dermedéspontja — tizenhét rögzített érték.
| Egység | Név | Érték | Hol fordul elő |
|---|---|---|---|
| µK | mikrokelvin | 2,95·10⁸ µK | lézerhűtés, atomcsapdák |
| mK | millikelvin | 295 000 mK | kriosztátok, kvantumszámítógépek |
| K | kelvin | 295 K | a hőmérséklet alapírásmódja az SI-ben |
| kK | kilokelvin | 0,295 kK | plazma, ívek, csillagfelszínek |
| MK | megakelvin | 2,95·10⁻⁴ MK | csillagmagok, fúziós berendezések |
Az SI-előtagok csak a kelvinnel működnek: a Celsius és a Fahrenheit nullája eltolt, rájuk előtagot nem alkalmaznak
03 · Nagyságrendek
a pikokelvintől a kvark-gluon plazmáigSzobahőmérséklet, 295 K
04 · Mérőműszerek
Mivel mérik a kelvint
A hangsebesség nemesgázban közvetlenül összefügg a kT-vel. Az elsődleges módszer, amellyel magát a Boltzmann-állandót mérték, mielőtt rögzítették.
Az ellenállás Johnson-féle hőzaja arányos a kT-vel. Millikelvintől több ezer kelvinig működik kalibrálás nélkül.
A hőmérsékletet a sugárzási színképből olvassa ki a Planck-törvény révén — így mérik a kemencéket, az öntés alatti fémet és a csillagfelszíneket.
Vízzel töltött ampulla, amelyben jég, víz és gőz magától tartja a 273,16 K-t. A skála továbbadásának munkapontja, 0,1 mK reprodukálhatósággal.
05 · Írásszabályok
Egyszerűen K — fokjel és pont nélkül
A «°K» jelet 1967-ben eltörölték: a kelvin nem fok, hanem önálló egység, ezért 300 K-t írunk. A jel nagybetű, mert vezetéknév; az egység neve kisbetűs: «háromszáz kelvin». A hőmérséklet-különbségeket az SI-ben kelvinben írják, még ha maguk a hőmérsékletek Celsiusban vannak is megadva.
06 · Szomszédos egységek
A kelvin a joule mellett áll — a Boltzmann-állandó közvetlenül köti össze őket. A Celsius-fok az egyetlen származtatott egység, amelynek definíciója tartalmazza a kelvint: ugyanakkora lépésköz, csak a nulla 273,15 K-re tolva.
Szobahőmérsékleten kT ≈ 0,025 eV — ez az érték szabja meg a küszöböt a félvezetők és a kémiai reakciók számára.
07 · Történelmi részleg
Hogyan keresték az abszolút nullát
William Thomson olyan skálát javasolt, amelynek nullája a hőmozgás megszűnése, lépésközét pedig a Celsiustól vette. «°A»-val jelölték — absolute.
Ugyanaz az abszolút nulla gondolat, de Fahrenheit-lépésközzel. Az amerikai hőtechnikában él tovább: 1 K = 1,8 °Ra.
A kelvin a hármaspont hőmérsékletének 1/273,16-a volt — vagyis egyetlen anyag tulajdonságaitól és izotóp-összetételétől függött.
Fokjellel és a «fok» szóval. 1967-ben eltörölték: a kelvin nem fok, hanem alapegység saját nullával.
A kelvin megszabadult a víztől, de a víz munkában maradt
A víz hármaspontján alapuló definíciónak volt egy kellemetlen részlete: e pont hőmérséklete függ az izotóp-összetételtől — a nehézvíz másként fagy, mint a közönséges, és ki kellett kötni az óceánvíz referencia-összetételét. A Boltzmann-állandó rögzítésével a definíció anyagmentessé vált; a gyakorlatban azonban a hármaspont-cella marad az igásló: az elsődleges megvalósítás drága, a vízampulla pedig tized millikelvin pontossággal adja vissza a 273,16 K-t.
Katalógus · A Nemzetközi Mértékegységrendszer
Útlevél minden mennyiséghez
Hét alapegység, huszonkét saját nevű származtatott és a használatból kivont rendszerek archívuma. Mindegyik külön lap: definíció, dimenzió, átváltás, műszerek, írásszabályok. 36 nyelven.
Alapegységek
nyisd meg a kelvin útlevelétSaját nevű származtatottak
terrakottával — az egyetlen, amelyet a kelvin definiálTörténelmi rendszerek
jelölések archívumaAz útlevél nyelve
36 nyelv. A K jel és a képletek nem fordítandók — minden nyelvi változatban azonosak; a leírás, a példák és az adott írás írásszabályai fordítandók.