左にはガラスの温度計。液柱は絶対零度から 373 K まで上がり、また下がる。ゼロの近くで青い印が光る。右の容器では気体分子が動いている。青いものはゆっくり、オレンジのものは速く。容器越しに文字 K が透けて見える。下の表示は 273.16 K — 水の三重点。録画ランプが点滅している。
単位シート
SI 基本単位改訂 2026-10ケルビン K
SI 基本単位 · 量：熱力学温度 — 粒子の運動の平均エネルギーの尺度
なぜ −273.15 °C より冷たいものはないのか
18 世紀、物理学者たちは、密閉した容器の気体を冷やすと、1 度ごとに圧力が同じ割合で下がることに気づいた。この直線をグラフ上で延ばすと、圧力がゼロになる点が見つかった — 約 −273 °C だ。それより冷たくはなれない。分子にはもう遅くなる余地がないからだ。
ケルビン目盛りはこの点 — 絶対零度 — から始まる。目盛りの間隔はセルシウス目盛りと同じなので、0 °C は 273.15 K で、水は標準気圧で約 373.12 K で沸騰する。ふつうの意味での負のケルビンは存在しない。
2019 年から、ケルビンはボルツマン定数 k = 1.380 649·10⁻²³ J/K によって定義されている。この定数は温度をエネルギーと結びつける。温度 T では、気体分子 1 個が平均 3/2·k·T の運動エネルギーをもつ。温度計が測っているのは、本質的にはこれだ。
ケルビンの記号は度の記号のない大文字の K。「300 K」と書き、「300 °K」とは書かない。量は大文字の T で表す。単位名は小文字で書く — kelvin — ケルビン卿に由来するが。小文字の k はボルツマン定数と接頭語キロ。
ケルビンとセルシウス度は大きさが同じだが、ゼロ点が違う。20 °C は 293.15 K。温度差はどちらの単位でも同じだ。5 °C 暖かいのは 5 K 暖かいのと同じ。熱量とも混同しないこと。温度はエネルギーではなく、粒子 1 個あたりの平均の取り分の尺度だ。
01 · 定義
粒子のエネルギー · 気体 · 放射分子は気体の中では飛び回り、液体の中では押し合い、固体の中ではその場で震えている。速く動くほど温度は高い。ケルビンで表した温度は、この運動の平均運動エネルギーに比例する。ケルビンが 2 倍なら、エネルギーも 2 倍だ。
だから気体の圧力と体積は、セルシウス度ではなくケルビンの温度に比例して増える。タイヤの空気を 0 °C から 27 °C に温めるのは「無限倍」ではなく、273 K から 300 K へ — 圧力は約 10 % 上がる。
熱い物体は光る。温度が高いほど、いちばん多くの光をもつ波長は短くなる。炭火は 1000 K で暗い赤、電球のフィラメントは 2700 K で黄白色、太陽の表面は 5772 K で白く光る。光の色から、物体に触れずに温度を測れる。
ケルビンが上がると何が変わるか
スライダーで温度を 1 K から 6000 K まで設定する。左の容器では気体分子が動く。平均速度は温度の平方根に比例して増え、壁への圧力は温度に比例する。分子の色は速さを表す。青は遅く、オレンジは速い。右はタングステンの球。温度が上がると光り始め、まず暗い赤、それから黄色、白になる。気体を選ぶ — ヘリウム、窒素、キセノン。同じ温度では軽い分子ほど速く動く。下には三つのビューがある。「圧力」は T に対する p の直線と絶対零度の点。「速度」は速さによる分子の分布。「放射」は熱い物体のスペクトルとそのピーク。
零度へ近づく一歩ごとに、前より難しくなる
物体を冷やすには、それより冷たいもので熱を奪わなければならない。零度に近いほど残る熱は少なく、奪うのも難しくなる。レーザーや磁気トラップは原子の雲を 10 億分の 1 ケルビンまで冷やすが、零度そのものは近づけるだけの限界であり続ける。
02 · 換算
目盛り · エネルギー · 定義定点ケルビンから度へ、エネルギーへ
どの目盛りでも温度を入力する。最初のタブはケルビンとセルシウス度、ファーレンハイト度、ランキン度に換算する。2 つ目は粒子のエネルギーと光の色を示す。3 つ目は ITS-90 の定義定点。
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宇宙の温度は 10¹⁷ 倍近くも違う。実験室でいちばん冷たい原子の雲は数百ピコケルビンまで冷やされ、太陽の中心は 1500 万ケルビンを超える。人は 300 K 付近の狭い帯に住んでいて、そこでは水が液体でいられる。
04 · 測定器
セル · 気体温度計 · 放射温度計 · 音響温度は、物質が変化する点で確かめる
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05 · 表記の規則
度なしの K · 度つきの °CK には度の記号をつけない
ケルビンは大文字の K で、数字のあとに空白を入れ、「°」はつけない。セルシウス度は「°C」と書き、これも空白を入れる。温度差はケルビンでもセルシウス度でも表せる — 数値は同じ。
1967 年からケルビンは「度」ではなく、K の前に「°」はつけない。「°」がなければ、大文字の C はクーロンだ。接頭語と記号はラテン文字で、大文字・小文字を正しく書く。mK であって mk ではない。ボルツマン定数の単位は J/K。単位名は小文字で書き、「ケルビン度」は古い呼び方だ。
06 · 隣り合う単位
熱力学07 · 歴史の部
資料 · シャルルの気体からボルツマン定数まで届かないゼロはどのように見つかったか
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水の点が測定値になった
1954 年から 2019 年まで、ケルビンはこう定義されていた。水の三重点はちょうど 273.16 K。この点では氷、液体の水、水蒸気が共存する。とても純粋な水を入れたガラスのセルで再現され、各国が自分のセルの一式を持っていた。
しかし水は気まぐれな標準だった。三重点の温度は、含まれる水素と酸素の同位体によって変わる。そこで 2019 年、ケルビンは水から切り離され、ボルツマン定数で定められた。いまでは 273.16 K は測定値で、不確かさは約 0.1 mK だ。
ふつうの温度計には何も変わらなかった。右は同じ目盛りの 2 段。かつて錨は水だったが、いまは粒子のエネルギーで、水は定義定点のひとつになった。
量のカタログ
温度と熱 · 単位シート 12 件
索引 · すべての量を 1 ページに索引の入り口にある実験室酸を一滴たらすとジュースの色が変わり、塩は炎に色をつけ、水はひとたたきで凍る。その下に、Simetrium のすべてのページが分野別・五十音順に並ぶ。索引を開く →
