01 · 정의
켈빈은 편리한 영점이 아니라 눈금의 진짜 시작에서부터 온도를 재는 유일한 단위다. 그리고 에너지로 정의되는 유일한 단위이기도 하다: SI에서 온도란 열운동의 에너지이며, 그 이상이 아니다.
2019년부터 켈빈은 볼츠만 상수를 고정해 정해진다: k = 1.380 649·10⁻²³ 줄 매 켈빈. 1 켈빈이란 열에너지 kT가 정확히 1.380 649·10⁻²³ 줄만큼 변하는 온도 변화다. 이 눈금의 영점은 약속이 아니라 열운동이 멈추는 바로 그 지점이다.
음의 절대온도는 없다: 0 K에서 열운동은 멈춘다. 영점에 도달하는 것은 불가능하다 — 열역학 제3법칙. 실험실 기록은 38 피코켈빈이지만 영은 아니다.
02 · 환산
온도를 입력하세요 — 여권이 환산해 드립니다
켈빈은 SI 접두어가 의미를 갖는 유일한 온도 눈금이다: 냉동기 속의 밀리켈빈, 별 속의 메가켈빈. 섭씨와 화씨는 영점이 옮겨져 있어 접두어도 곱셈도 받아들이지 않는다 — 오직 이동과 계수뿐이다.
실무에서 온도는 볼츠만 상수로 계산되지 않고 ITS-90의 정점들과 대조된다: 물의 삼중점, 주석·아연·은·금의 응고점 — 열일곱 개의 정해진 값.
| 단위 | 이름 | 값 | 어디서 만나는가 |
|---|---|---|---|
| µK | 마이크로켈빈 | 2.95·10⁸ µK | 레이저 냉각, 원자 덫 |
| mK | 밀리켈빈 | 295 000 mK | 냉동기, 양자 컴퓨터 |
| K | 켈빈 | 295 K | SI에서 온도의 기본 표기 |
| kK | 킬로켈빈 | 0.295 kK | 플라스마, 아크, 별의 표면 |
| MK | 메가켈빈 | 2.95·10⁻⁴ MK | 별의 중심핵, 핵융합 설비 |
SI 접두어는 켈빈에만 작동한다: 섭씨와 화씨는 영점이 옮겨져 있어 접두어를 붙이지 않는다
03 · 크기의 자릿수
피코켈빈에서 쿼크–글루온 플라스마까지실온, 295 K
04 · 측정 기기
켈빈은 무엇으로 재는가
비활성 기체 속 음속은 kT와 직접 연결된다. 볼츠만 상수 자체가 고정되기 전에 측정된, 바로 그 일차 방법이다.
저항의 존슨 열잡음은 kT에 비례한다. 밀리켈빈부터 수천 켈빈까지 보정 없이 작동한다.
플랑크 법칙을 통해 복사 스펙트럼에서 온도를 읽는다 — 노, 주조 중인 금속, 별의 표면을 이렇게 잰다.
물을 넣은 앰풀로, 얼음과 물과 수증기가 저절로 273.16 K를 유지한다. 눈금을 전달하는 작업점이며 재현성은 0.1 mK.
05 · 표기 규칙
그냥 K — 도 기호도, 마침표도 없이
「°K」 기호는 1967년에 폐지되었다: 켈빈은 도가 아니라 독립된 단위이므로 300 K라고 쓴다. 기호가 대문자인 것은 성(姓)이기 때문이고, 단위 이름은 소문자로 쓴다: 「삼백 켈빈」. SI에서 온도 차이는 켈빈으로 쓴다. 온도 자체가 섭씨로 주어져 있어도 마찬가지다.
06 · 이웃 단위
켈빈은 줄 옆에 선다 — 볼츠만 상수가 둘을 직접 잇는다. 섭씨도는 정의에 켈빈이 들어 있는 유일한 유도단위다: 눈금 간격은 같고, 영점만 273.15 K로 옮겨져 있다.
실온에서 kT ≈ 0.025 eV — 이 값이 반도체와 화학 반응의 문턱을 정한다.
07 · 역사관
절대영도는 어떻게 찾아졌는가
윌리엄 톰슨은 영점이 열운동의 멈춤이고 눈금 간격은 섭씨에서 가져온 눈금을 제안했다. 「°A」라고 썼다 — absolute.
같은 절대영도 발상이지만 화씨의 눈금 간격을 쓴다. 미국 열공학에 살아남아 있다: 1 K = 1.8 °Ra.
켈빈은 삼중점 온도의 1/273.16이었다 — 즉 한 물질의 성질과 그 동위원소 조성에 의존했다.
도 기호와 「도」라는 말과 함께. 1967년 폐지: 켈빈은 도가 아니라 자기 영점을 가진 기본단위다.
켈빈은 물에서 벗어났지만, 물은 일터에 남았다
물의 삼중점을 통한 정의에는 껄끄러운 세부가 있었다: 이 점의 온도는 동위원소 조성에 의존한다 — 중수는 보통 물과 다르게 얼기에 해양수의 기준 조성을 정해야 했다. 볼츠만 상수를 고정하면서 정의는 어떤 물질로부터도 자유로워졌지만, 실무에서 삼중점 셀은 여전히 일꾼이다: 일차 구현은 비싸고, 물 앰풀은 273.16 K를 밀리켈빈의 10분의 1까지 재현한다.
카탈로그 · 국제단위계
모든 물리량에 여권을
일곱 개의 기본단위, 고유한 이름을 지닌 스물두 개의 유도단위, 그리고 사용을 마친 체계들의 기록 보관소. 각각이 독립된 한 장이다: 정의, 차원, 환산, 기기, 표기 규칙. 36개 언어로.
기본단위
켈빈의 여권 열기고유한 이름의 유도단위
테라코타색 — 켈빈으로 정의되는 유일한 단위역사적 체계
표기 기록 보관소여권의 언어
36개 언어. 기호 K와 수식은 번역되지 않는다 — 모든 언어판에서 동일하다. 번역되는 것은 설명, 예시, 그리고 각 문자의 표기 규칙이다.