01 · 定義
ケルビンは、都合のよい零点からではなく、目盛の本当の始まりから温度を測る唯一の単位である。そしてエネルギーによって定義される唯一の単位でもある:SI において温度とは熱運動のエネルギーであり、それ以上ではない。
2019 年以来、ケルビンはボルツマン定数の固定によって定められる:k = 1.380 649·10⁻²³ ジュール毎ケルビン。1 ケルビンとは、熱エネルギー kT がちょうど 1.380 649·10⁻²³ ジュール変化する温度変化のことである。この目盛の零点は取り決めではなく、熱運動が止まる場所そのものだ。
負の絶対温度は存在しない:0 K で熱運動は止まる。零点に到達することは不可能である——熱力学第三法則。実験室の記録は 38 ピコケルビン、しかし零ではない。
02 · 換算
温度を入力すると、パスポートが換算します
ケルビンは SI 接頭語が意味を持つ唯一の温度目盛である:冷凍機の中のミリケルビン、星の中のメガケルビン。セルシウス度と華氏は零点がずれているため、接頭語も掛け算も受け付けない——あるのはずらしと係数だけだ。
実務では温度はボルツマン定数から計算されるのではなく、ITS-90 の定義定点と突き合わされる:水の三重点、スズ・亜鉛・銀・金の凝固点——十七の定められた値。
| 単位 | 名称 | 数値 | どこで出会うか |
|---|---|---|---|
| µK | マイクロケルビン | 2.95·10⁸ µK | レーザー冷却、原子トラップ |
| mK | ミリケルビン | 295 000 mK | 冷凍機、量子コンピューター |
| K | ケルビン | 295 K | SI における温度の基本表記 |
| kK | キロケルビン | 0.295 kK | プラズマ、アーク、星の表面 |
| MK | メガケルビン | 2.95·10⁻⁴ MK | 星の中心核、核融合装置 |
SI 接頭語はケルビンにのみ働く:セルシウス度と華氏は零点がずれており、接頭語は付けない
03 · 大きさの桁
ピコケルビンからクォーク・グルーオンプラズマまで室温、295 K
04 · 測定器
ケルビンを測る道具
希ガス中の音速は kT と直接結びついている。ボルツマン定数そのものが固定される前に測られた、まさにその一次法である。
抵抗のジョンソン熱雑音は kT に比例する。ミリケルビンから数千ケルビンまで、校正なしで働く。
プランクの法則を通じて放射スペクトルから温度を読む——炉、鋳込み中の金属、星の表面はこうして測られる。
水を封じたアンプルで、氷と水と蒸気がひとりでに 273.16 K を保つ。目盛を渡すための作業点、再現性は 0.1 mK。
05 · 表記規則
ただ K——度記号なし、句点もなし
記号「°K」は 1967 年に廃止された:ケルビンは度ではなく独立した単位であり、ゆえに 300 K と書く。記号が大文字なのは姓だからで、単位名は小文字で書く:「三百ケルビン」。SI では温度差もケルビンで書く。温度そのものがセルシウス度で示されていても同じである。
06 · 隣の単位
ケルビンはジュールの隣に立つ——ボルツマン定数が両者を直接結ぶ。セルシウス度は定義にケルビンを含む唯一の組立単位である:刻みの大きさは同じで、零点だけが 273.15 K にずらされている。
室温では kT ≈ 0.025 eV——この値が半導体と化学反応のしきい値を定める。
07 · 歴史の間
絶対零度はいかにして探されたか
ウィリアム・トムソンは、零点を熱運動の停止とし、刻みをセルシウスから借りた目盛を提案した。「°A」と書かれた——absolute。
同じ絶対零度の考えだが、刻みは華氏のもの。アメリカの熱工学に生き続けている:1 K = 1.8 °Ra。
ケルビンは三重点の温度の 1/273.16 だった——つまり、ただ一つの物質の性質とその同位体組成に依存していた。
度記号と「度」の語つき。1967 年に廃止:ケルビンは度ではなく、自分の零点を持つ基本単位である。
ケルビンは水から解き放たれたが、水は仕事に残った
水の三重点による定義には厄介な細部があった:この点の温度は同位体組成に依存する——重水は普通の水と違う凍り方をするため、海水の参照組成を定めねばならなかった。ボルツマン定数が固定されて定義は物質から自由になったが、実務では三重点セルが今なお働き手である:一次実現は高価であり、水のアンプルは 273.16 K を 0.1 ミリケルビンの精度で再現する。
カタログ · 国際単位系
どの量にもパスポートを
七つの基本単位、固有名を持つ二十二の組立単位、そして使用を終えた体系の書庫。それぞれが独立した一葉:定義、次元、換算、測定器、表記規則。36 言語で。
基本単位
ケルビンのパスポートを開く固有名を持つ組立単位
テラコッタ色——ケルビンによって定義される唯一の単位歴史的な体系
記号の書庫パスポートの言語
36 言語。記号 K と数式は翻訳されない——どの言語版でも同一である。翻訳されるのは説明、例、そして各文字体系の表記規則。