왼쪽에는 유리 온도계가 있다. 액주는 절대영도에서 373 K까지 올라갔다가 다시 내려온다. 영도 가까이에서 파란 표시가 반짝인다. 오른쪽 그릇 속에서는 기체 분자가 움직인다. 파란 것은 느리게, 주황색은 빠르게. 그릇 너머로 글자 K가 비친다. 아래 표시창은 273.16 K — 물의 삼중점. 녹화 표시등이 깜박인다.
단위 시트
SI 기본 단위개정 2026-10켈빈 K
SI 기본 단위 · 양: 열역학적 온도 — 입자 운동의 평균 에너지의 척도
왜 −273.15 °C보다 차가운 것은 없을까
18세기에 물리학자들은 닫힌 그릇 속 기체를 식히면 1도마다 압력이 같은 비율로 떨어진다는 것을 알아챘다. 이 직선을 그래프에서 연장하자 압력이 0이 되는 점이 나왔다 — 약 −273 °C. 그보다 차가울 수는 없다. 분자는 더 이상 느려질 수 없기 때문이다.
켈빈 눈금은 바로 이 점 — 절대영도 — 에서 시작한다. 눈금 간격은 섭씨 눈금과 같아서, 0 °C는 273.15 K이고, 물은 표준 기압에서 약 373.12 K에서 끓는다. 보통의 의미에서 음의 켈빈은 없다.
2019년부터 켈빈은 볼츠만 상수 k = 1.380 649·10⁻²³ J/K로 정의된다. 이 상수는 온도와 에너지를 잇는다. 온도 T에서 기체 분자 하나는 평균 3/2·k·T의 운동 에너지를 지닌다. 온도계가 재는 것은 본질적으로 바로 이것이다.
켈빈의 기호는 도 기호 없는 대문자 K다. '300 K'라고 쓰고 '300 °K'라고 쓰지 않는다. 양은 대문자 T로 나타낸다. 단위 이름은 소문자로 쓴다 — kelvin — 켈빈 경에게서 왔지만. 소문자 k는 볼츠만 상수와 접두어 킬로다.
켈빈과 섭씨도는 크기가 같지만 영점이 다르다. 20 °C는 293.15 K다. 온도 차는 두 단위에서 같다. 5 °C 따뜻해진 것은 5 K 따뜻해진 것이다. 열과도 헷갈리지 말자. 온도는 에너지가 아니라, 입자 하나에 돌아가는 평균 몫의 척도다.
01 · 정의
입자 에너지 · 기체 · 복사분자는 기체 속에서 날아다니고, 액체 속에서 서로 밀치고, 고체 속에서 제자리에서 떤다. 빨리 움직일수록 온도가 높다. 켈빈으로 나타낸 온도는 이 운동의 평균 운동 에너지에 정비례한다. 켈빈이 두 배면 에너지도 두 배다.
그래서 기체의 압력과 부피는 섭씨도가 아니라 켈빈 온도에 정비례해 늘어난다. 타이어 속 공기를 0 °C에서 27 °C로 데우는 것은 '무한히 더'가 아니라 273 K에서 300 K로 — 압력이 약 10 % 오른다.
뜨거운 물체는 빛을 낸다. 온도가 높을수록 가장 많은 빛이 실린 파장이 짧아진다. 숯불은 1000 K에서 어두운 빨강, 전구 필라멘트는 2700 K에서 누런 흰빛, 태양 표면은 5772 K에서 흰빛으로 빛난다. 빛의 색으로 물체에 닿지 않고 온도를 잰다.
켈빈이 오르면 무엇이 바뀌나
슬라이더로 온도를 1 K에서 6000 K까지 정한다. 왼쪽 그릇에서는 기체 분자가 움직인다. 평균 속력은 온도의 제곱근에 따라 늘고, 벽에 미치는 압력은 온도에 정비례한다. 분자의 색은 속력을 보여 준다. 파랑은 느리고, 주황은 빠르다. 오른쪽은 텅스텐 공이다. 온도가 오르면 빛나기 시작해, 처음엔 어두운 빨강, 다음엔 노랑과 흰색이 된다. 기체를 고른다 — 헬륨, 질소, 제논. 같은 온도에서 가벼운 분자가 더 빨리 움직인다. 아래에는 세 가지 보기가 있다. '압력'은 T에 대한 p의 직선과 절대영도의 점. '속력'은 속력에 따른 분자 분포. '복사'는 뜨거운 물체의 스펙트럼과 그 정점.
영도로 가는 한 걸음은 앞 걸음보다 어렵다
물체를 식히려면 그보다 더 차가운 것으로 열을 빼앗아야 한다. 영도에 가까울수록 남은 열은 적고, 빼앗기도 어렵다. 레이저와 자기 덫은 원자 구름을 켈빈의 10억분의 1까지 식히지만, 영도 자체는 다가갈 수만 있는 한계로 남는다.
02 · 환산
눈금 · 에너지 · 정의 고정점켈빈에서 도로, 에너지로
어느 눈금으로든 온도를 입력한다. 첫 번째 탭은 켈빈과 섭씨도, 화씨도, 랭킨도로 환산한다. 두 번째는 입자의 에너지와 빛의 색을 보여 준다. 세 번째는 ITS-90의 정의 고정점이다.
| {k} | {v} | {note} |
우주의 온도는 거의 10¹⁷배 차이 난다. 실험실에서 가장 차가운 원자 구름은 수백 피코켈빈까지 식혔고, 태양의 중심은 1500만 켈빈이 넘는다. 사람은 물이 액체로 있을 수 있는 300 K 언저리의 좁은 띠에서 산다.
04 · 측정 기기
셀 · 기체 온도계 · 복사 온도계 · 음향온도는 물질이 바뀌는 점에서 확인한다
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05 · 표기 규칙
도 없는 K · 도 있는 °CK에는 도 기호를 붙이지 않는다
켈빈은 대문자 K로, 숫자 뒤에 한 칸 띄우고 '°' 없이 쓴다. 섭씨도는 '°C'로 쓰고 역시 한 칸 띄운다. 온도 차는 켈빈으로도 섭씨도로도 나타낼 수 있다 — 숫자는 같다.
1967년부터 켈빈은 '도'가 아니며, K 앞에 '°'를 붙이지 않는다. '°'가 없으면 대문자 C는 쿨롬이다. 접두어와 기호는 라틴 문자로, 대소문자를 바르게 쓴다. mK이지 mk가 아니다. 볼츠만 상수의 단위는 J/K다. 단위 이름은 소문자로 쓰며, '켈빈도'는 옛 이름이다.
06 · 이웃 단위
열역학07 · 역사 부문
자료 · 샤를의 기체에서 볼츠만 상수까지닿을 수 없는 영점은 어떻게 찾았나
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물의 점이 측정값이 되었다
1954년부터 2019년까지 켈빈은 이렇게 정의되었다. 물의 삼중점은 정확히 273.16 K다. 이 점에서는 얼음, 액체 물, 수증기가 함께 있다. 아주 순수한 물을 넣은 유리 셀에서 재현하며, 나라마다 이런 셀을 한 벌씩 갖추고 있었다.
그런데 물은 변덕스러운 표준이었다. 삼중점의 온도는 물속 수소와 산소의 동위원소에 따라 달라진다. 그래서 2019년 켈빈은 물에서 떨어져 나와 볼츠만 상수로 정해졌다. 이제 273.16 K는 측정값이며, 불확도는 약 0.1 mK다.
보통 온도계에는 아무것도 바뀌지 않았다. 오른쪽은 같은 눈금의 두 계단이다. 예전엔 닻이 물이었고, 지금은 입자의 에너지이며, 물은 정의 고정점 중 하나가 되었다.
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온도와 열 · 단위 시트 12개
색인 · 모든 양을 한 페이지에색인 입구의 실험실산 한 방울이 즙의 색을 바꾸고, 소금은 불꽃에 색을 입히고, 물은 한 번 두드리면 언다. 그 아래에 Simetrium의 모든 페이지가 분야별, 가나다순으로 있다.색인 열기 →
