A sinistra un termometro di vetro. La colonna sale dallo zero assoluto fino a 373 K e riscende; vicino allo zero si accende un segno blu. A destra, in un recipiente si muovono molecole di gas: le blu lente, le arancioni veloci. Attraverso il recipiente traspare la lettera K. In basso il display indica 273,16 K: il punto triplo dell’acqua. Lampeggia una spia di registrazione.
Scheda dell'unità
unità di base del SIrev. 2026-10Kelvin K
Unità di base del SI · grandezza: temperatura termodinamica, misura dell’energia media del moto delle particelle
Perché niente è più freddo di −273,15 °C
Nel Settecento i fisici notarono che, raffreddando un gas in un recipiente chiuso, la pressione cala della stessa frazione a ogni grado. Prolungando questa retta su un grafico, trovarono il punto in cui la pressione diventerebbe zero: circa −273 °C. Più freddo non si può: le molecole non hanno più modo di rallentare.
La scala Kelvin parte da questo punto: lo zero assoluto. Le sue divisioni sono uguali a quelle della scala Celsius, quindi 0 °C sono 273,15 K, e l’acqua bolle a pressione normale a circa 373,12 K. Kelvin negativi, nel senso comune, non esistono.
Dal 2019 il kelvin è definito tramite la costante di Boltzmann k = 1,380 649·10⁻²³ J/K. Essa lega la temperatura all’energia. Alla temperatura T ogni molecola di gas porta in media un’energia cinetica di 3/2·k·T. In fondo, un termometro misura proprio questa.
Il simbolo del kelvin è una K maiuscola senza segno di grado: «300 K», non «300 °K». La grandezza si scrive con la T maiuscola. Il nome dell’unità si scrive minuscolo — kelvin —, anche se deriva da lord Kelvin. La k minuscola è la costante di Boltzmann e il prefisso chilo.
Il kelvin e il grado Celsius hanno la stessa ampiezza, ma zeri diversi. 20 °C sono 293,15 K. Una differenza di temperatura è la stessa in entrambe le unità: 5 °C in più sono 5 K in più. Non va confusa nemmeno con il calore: la temperatura non è energia, ma la misura della sua quota media per particella.
01 · Definizione
energia delle particelle · gas · incandescenzaLe molecole volano in un gas, si spingono in un liquido e vibrano sul posto in un solido. Più si muovono in fretta, più alta è la temperatura. La temperatura in kelvin è direttamente proporzionale all’energia cinetica media di questo moto: il doppio dei kelvin, il doppio dell’energia.
Per questo pressione e volume di un gas crescono in proporzione diretta alla temperatura in kelvin, non in gradi Celsius. Scaldare l’aria di uno pneumatico da 0 a 27 °C non è «infinitamente di più», ma passare da 273 a 300 K: la pressione sale di circa il 10 %.
Un corpo caldo risplende. Più alta è la temperatura, più corta è la lunghezza d’onda che porta più luce. La brace è rosso scuro a 1000 K, il filamento di una lampada bianco giallastro a 2700 K, la superficie del Sole bianca a 5772 K. Dal colore della luce si misura la temperatura senza toccare il corpo.
Che cosa cambia quando salgono i kelvin
Con il cursore si imposta la temperatura da 1 a 6000 K. Nel recipiente a sinistra si muovono molecole di gas: la loro velocità media cresce come la radice della temperatura, la pressione sulle pareti in proporzione diretta. Il colore di una molecola indica la sua velocità: blu lenta, arancione veloce. A destra una sfera di tungsteno: salendo la temperatura comincia a brillare, prima rosso scuro, poi giallo e bianco. Scegliete il gas — elio, azoto o xeno: a pari temperatura le molecole leggere vanno più veloci. Sotto ci sono tre viste. «Pressione» è la retta di p in funzione di T e il punto dello zero assoluto. «Velocità» è la distribuzione delle molecole per velocità. «Incandescenza» è lo spettro di un corpo caldo e il suo picco.
Ogni passo verso lo zero è più difficile del precedente
Per raffreddare un corpo bisogna togliergli calore con qualcosa di ancora più freddo. Più ci si avvicina allo zero, meno calore resta e più è difficile sottrarlo. Laser e trappole magnetiche raffreddano nubi di atomi fino a miliardesimi di kelvin, ma lo zero stesso resta un limite a cui ci si può solo avvicinare.
02 · Conversione
scale · energia · punti fissiDai kelvin ai gradi e all’energia
Inserite una temperatura in qualunque scala. La prima scheda la converte in kelvin e in gradi Celsius, Fahrenheit e Rankine. La seconda mostra l’energia di una particella e il colore della luce. La terza, i punti fissi della ITS-90.
| {k} | {v} | {note} |
Le temperature nell’universo differiscono di un fattore di quasi 10¹⁷. Le nubi di atomi più fredde dei laboratori sono state raffreddate a centinaia di picokelvin; il nucleo del Sole supera i 15 milioni di kelvin. Le persone vivono in una fascia stretta intorno a 300 K, dove l’acqua può essere liquida.
04 · Strumenti di misura
cella · termometro a gas · pirometro · acusticoLa temperatura si verifica in punti dove una sostanza cambia
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05 · Regole di scrittura
K senza grado · °C con il gradoK si scrive senza segno di grado
Il kelvin si scrive con la K maiuscola, uno spazio dopo il numero e senza «°». Il grado Celsius si scrive «°C», anch’esso con lo spazio. Una differenza di temperatura si può dare in kelvin o in gradi Celsius: i numeri coincidono.
Dal 1967 il kelvin non è un grado, e davanti a K non si mette «°». Senza «°», una C maiuscola è il coulomb. Prefisso e simbolo si scrivono in lettere latine con le maiuscole giuste: mK, non mk. La costante di Boltzmann ha l’unità J/K. Il nome dell’unità si scrive minuscolo, e «grado Kelvin» è un nome superato.
06 · Unità vicine
termodinamicaStessa ampiezza, zero spostato di 273,15.
Jk·T — energia per particella.
molR = N_A·k lega gas e temperatura.
07 · Sezione storica
archivio · dal gas di Charles alla costante di BoltzmannCome si trovò uno zero che non si può raggiungere
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Il punto dell’acqua divenne una misura
Dal 1954 al 2019 il kelvin era definito così: il punto triplo dell’acqua vale esattamente 273,16 K. In questo punto coesistono ghiaccio, acqua liquida e vapore. Lo si riproduce in una cella di vetro con acqua purissima, e ogni Paese aveva il suo corredo di celle.
Ma l’acqua si rivelò un campione capriccioso: la temperatura del punto triplo dipende dagli isotopi di idrogeno e ossigeno che contiene. Per questo nel 2019 il kelvin fu sganciato dall’acqua e fissato tramite la costante di Boltzmann. Ora 273,16 K è un valore misurato, con un’incertezza di circa 0,1 mK.
Per i termometri comuni non è cambiato nulla. A destra, due gradini della stessa scala: prima la sua ancora era l’acqua, ora l’energia di una particella, e l’acqua è diventata uno dei punti fissi.
Catalogo delle grandezze
Temperatura e calore · 12 schede
Indice · tutte le grandezze in una paginaIl laboratorio all'ingresso dell'indiceUna goccia d'acido cambia il colore del succo, il sale colora la fiamma, l'acqua gela con un colpo. Sotto, tutte le schede di Simetrium, per disciplina e in ordine alfabetico.Apri l'indice →
