Di sebelah kiri ada termometer kaca. Turusnya naik dari sifar mutlak hingga 373 K lalu turun semula; berhampiran sifar satu tanda biru berkelip. Di sebelah kanan, molekul gas bergerak dalam bekas: yang biru perlahan, yang jingga laju. Huruf K kelihatan samar menembusi bekas. Di bawah, paparan menunjukkan 273.16 K — takat tigaan air. Lampu rakaman berkelip.
Helaian unit
unit asas SIsemakan 2026-10Kelvin K
Unit asas SI · kuantiti: suhu termodinamik — ukuran tenaga purata gerakan zarah
Mengapa tiada yang lebih sejuk daripada −273.15 °C
Pada abad ke-18 ahli fizik perasan bahawa apabila gas dalam bekas tertutup disejukkan, tekanannya jatuh dengan bahagian yang sama bagi setiap darjah. Dengan memanjangkan garis lurus ini pada graf, mereka menemui titik tekanan menjadi sifar — kira-kira −273 °C. Lebih sejuk tidak mungkin: molekul tidak lagi boleh menjadi perlahan.
Skala Kelvin bermula pada titik ini — sifar mutlak. Senggatannya sama dengan skala Celsius, jadi 0 °C ialah 273.15 K, dan air mendidih pada tekanan biasa kira-kira 373.12 K. Kelvin negatif dalam erti biasa tidak wujud.
Sejak 2019 kelvin ditakrifkan melalui pemalar Boltzmann k = 1.380 649·10⁻²³ J/K. Pemalar ini menghubungkan suhu dengan tenaga. Pada suhu T setiap molekul gas membawa purata tenaga kinetik 3/2·k·T. Termometer pada dasarnya mengukur perkara itu.
Simbol kelvin ialah K besar tanpa tanda darjah: «300 K», bukan «300 °K». Kuantiti ditulis dengan T besar. Nama unit ditulis dengan huruf kecil — kelvin — walaupun berasal daripada Lord Kelvin. k kecil ialah pemalar Boltzmann dan awalan kilo.
Kelvin dan darjah Celsius sama besar, tetapi titik sifarnya berbeza. 20 °C ialah 293.15 K. Beza suhu sama dalam kedua-dua unit: lebih panas 5 °C bermakna lebih panas 5 K. Jangan juga keliru dengan haba: suhu bukan tenaga, tetapi ukuran bahagian puratanya bagi setiap zarah.
01 · Definisi
tenaga zarah · gas · sinaranMolekul berterbangan dalam gas, berasak-asak dalam cecair dan bergetar di tempat dalam pepejal. Semakin laju bergerak, semakin tinggi suhunya. Suhu dalam kelvin berkadar terus dengan tenaga kinetik purata gerakan ini: kelvin berganda, tenaga berganda.
Oleh itu tekanan dan isi padu gas naik berkadar terus dengan suhu dalam kelvin, bukan dalam darjah Celsius. Memanaskan udara tayar dari 0 ke 27 °C bukan «tak terhingga lebih banyak», tetapi dari 273 ke 300 K: tekanan naik kira-kira 10 %.
Jasad panas bercahaya. Semakin tinggi suhunya, semakin pendek panjang gelombang yang membawa cahaya paling banyak. Bara menyala merah tua pada 1000 K, filamen mentol putih kekuningan pada 2700 K, permukaan Matahari putih pada 5772 K. Daripada warna cahaya, suhu diukur tanpa menyentuh jasad.
Apakah yang berubah apabila kelvin naik
Dengan peluncur tetapkan suhu dari 1 hingga 6000 K. Dalam bekas kiri molekul gas bergerak: laju puratanya naik mengikut punca kuasa dua suhu, dan tekanan pada dinding berkadar terus dengan suhu. Warna molekul menunjukkan lajunya: biru perlahan, jingga laju. Di sebelah kanan ada bola tungsten: apabila suhu naik ia mula bercahaya, mula-mula merah tua, kemudian kuning dan putih. Pilih gas — helium, nitrogen atau xenon: pada suhu yang sama molekul ringan bergerak lebih laju. Di bawah ada tiga paparan. «Tekanan» ialah garis lurus p melawan T dan titik sifar mutlak. «Laju» ialah taburan molekul mengikut laju. «Sinaran» ialah spektrum jasad panas dan puncaknya.
Setiap langkah ke arah sifar lebih sukar daripada sebelumnya
Untuk menyejukkan jasad, haba perlu diambil daripadanya dengan sesuatu yang lebih sejuk. Semakin hampir kepada sifar, semakin sedikit haba yang tinggal dan semakin sukar diambil. Laser dan perangkap magnet menyejukkan awan atom hingga sebilion kelvin, tetapi sifar itu sendiri kekal had yang hanya boleh didekati.
02 · Konversi
skala · tenaga · titik tetapDaripada kelvin kepada darjah dan tenaga
Masukkan suhu dalam mana-mana skala. Tab pertama menukarkannya kepada kelvin dan darjah Celsius, Fahrenheit serta Rankine. Tab kedua menunjukkan tenaga zarah dan warna cahaya. Tab ketiga titik tetap skala ITS-90.
| {k} | {v} | {note} |
Suhu di alam semesta berbeza hampir 10¹⁷ kali ganda. Awan atom paling sejuk di makmal disejukkan hingga ratusan pikokelvin; teras Matahari lebih panas daripada 15 juta kelvin. Manusia hidup dalam jalur sempit sekitar 300 K, tempat air boleh berada dalam keadaan cecair.
04 · Alat ukur
sel · termometer gas · pirometer · akustikSuhu disemak pada titik-titik bahan berubah
{title}
{text}
05 · Aturan penulisan
K tanpa darjah · °C dengan darjahK ditulis tanpa tanda darjah
Kelvin ditulis dengan K besar, jarak selepas nombor dan tanpa «°». Darjah Celsius ditulis «°C», juga dengan jarak. Beza suhu boleh diberi dalam kelvin atau darjah Celsius — nombornya sama.
Sejak 1967 kelvin bukan darjah, dan «°» tidak diletakkan di depan K. Tanpa «°», C besar ialah coulomb. Awalan dan simbol ditulis dengan huruf Latin dan huruf besar-kecil yang betul: mK, bukan mk. Pemalar Boltzmann berunit J/K. Nama unit ditulis dengan huruf kecil, dan «darjah Kelvin» ialah nama usang.
06 · Satuan tetangga
termodinamikSenggatan sama, sifar teranjak 273.15.
Jk·T — tenaga bagi setiap zarah.
molR = N_A·k menghubungkan gas dan suhu.
07 · Bagian sejarah
arkib · daripada gas Charles hingga pemalar BoltzmannBagaimana sifar yang tidak tercapai ditemui
{title}
{text}
Takat air menjadi nilai yang diukur
Dari 1954 hingga 2019 kelvin ditakrifkan begini: takat tigaan air tepat 273.16 K. Pada titik ini ais, air cecair dan wap wujud bersama. Ia dihasilkan semula dalam sel kaca berisi air yang sangat tulen, dan setiap negara mempunyai set selnya sendiri.
Namun air ternyata piawai yang ragam: suhu takat tigaan bergantung pada isotop hidrogen dan oksigen di dalamnya. Oleh itu pada 2019 kelvin dipisahkan daripada air dan ditetapkan melalui pemalar Boltzmann. Kini 273.16 K ialah nilai yang diukur dengan ketakpastian kira-kira 0.1 mK.
Bagi termometer biasa tiada apa yang berubah. Di sebelah kanan dua anak tangga skala yang sama: dahulu sauhnya air, kini tenaga zarah, dan air menjadi salah satu titik tetap.
Katalog besaran
Suhu dan haba · 12 helaian unit
Indeks · semua kuantiti dalam satu halamanMakmal di pintu masuk indeksSetitis asid menukar warna jus, garam mewarnakan nyalaan, air membeku dengan satu ketukan. Di bawahnya semua halaman Simetrium, mengikut bidang dan mengikut abjad.Buka indeks →
