Kelwin
Jednostka podstawowa SI · wielkość: temperatura termodynamiczna
01 · Definicja
Kelwin to jedyna jednostka mierząca temperaturę od prawdziwego początku skali, a nie od jakiegoś wygodnego zera. I jedyna zdefiniowana przez energię: w SI temperatura to energia ruchu cieplnego, nic więcej.
Od 2019 roku kelwin zadany jest przez ustalenie stałej Boltzmanna: k = 1,380 649·10⁻²³ dżula na kelwin. Jeden kelwin to taka zmiana temperatury, przy której energia cieplna kT zmienia się dokładnie o 1,380 649·10⁻²³ dżula. Zero tej skali nie jest umową, lecz punktem, w którym ruch cieplny ustaje.
Ujemna temperatura bezwzględna nie istnieje: przy 0 K ruch cieplny zatrzymuje się. Osiągnięcie zera jest niemożliwe — trzecia zasada termodynamiki. Rekord laboratorium to 38 pikokelwinów, ale nie zero.
02 · Przeliczanie
Wpisz temperaturę — paszport ją przeliczy
Kelwin to jedyna skala temperatury, w której przedrostki SI mają sens: milikelwiny w kriostacie, megakelwiny w gwieździe. Celsjusz i Fahrenheit mają przesunięte zero, więc nie przyjmują ani przedrostków, ani mnożenia — tylko przesunięcie i współczynnik.
W praktyce temperatury nie oblicza się ze stałej Boltzmanna, lecz porównuje z punktami stałymi ITS-90: punkt potrójny wody, punkty krzepnięcia cyny, cynku, srebra i złota — siedemnaście ustalonych wartości.
| Jednostka | Nazwa | Wartość | Gdzie występuje |
|---|---|---|---|
| µK | mikrokelwin | 2,95·10⁸ µK | chłodzenie laserowe, pułapki atomowe |
| mK | milikelwin | 295 000 mK | kriostaty, komputery kwantowe |
| K | kelwin | 295 K | podstawowy zapis temperatury w SI |
| kK | kilokelwin | 0,295 kK | plazma, łuki, powierzchnie gwiazd |
| MK | megakelwin | 2,95·10⁻⁴ MK | jądra gwiazd, instalacje termojądrowe |
Przedrostki SI działają tylko z kelwinem: Celsjusz i Fahrenheit mają przesunięte zero i nie stosuje się do nich przedrostków
03 · Rzędy wielkości
od pikokelwinów do plazmy kwarkowo-gluonowejTemperatura pokojowa, 295 K
04 · Przyrządy pomiarowe
Czym mierzy się kelwiny
Prędkość dźwięku w gazie szlachetnym jest wprost związana z kT. Metoda pierwotna, którą zmierzono samą stałą Boltzmanna przed jej ustaleniem.
Szum cieplny Johnsona w oporze jest proporcjonalny do kT. Działa od milikelwinów do tysięcy kelwinów bez wzorcowania.
Odczytuje temperaturę z widma promieniowania przez prawo Plancka — tak mierzy się piece, metal przy odlewie i powierzchnie gwiazd.
Ampułka z wodą, w której lód, woda i para same utrzymują 273,16 K. Punkt roboczy do przekazywania skali, odtwarzalność 0,1 mK.
05 · Zasady zapisu
Po prostu K — bez znaku stopnia i bez kropki
Znak «°K» zniesiono w 1967 roku: kelwin nie jest stopniem, lecz samodzielną jednostką, dlatego pisze się 300 K. Symbol jest wielką literą, bo to nazwisko; nazwa jednostki pisana jest małą: «trzysta kelwinów». Różnice temperatur w SI zapisuje się w kelwinach, nawet gdy same temperatury podano w Celsjuszach.
06 · Jednostki sąsiednie
Kelwin stoi obok dżula — stała Boltzmanna łączy je wprost. Stopień Celsjusza to jedyna jednostka pochodna, której definicja zawiera kelwin: ten sam rozmiar kroku, tylko z zerem przesuniętym na 273,15 K.
W temperaturze pokojowej kT ≈ 0,025 eV — ta wartość wyznacza próg dla półprzewodników i reakcji chemicznych.
07 · Dział historyczny
Jak szukano zera bezwzględnego
William Thomson zaproponował skalę, w której zero to ustanie ruchu cieplnego, a krok wzięto od Celsjusza. Oznaczano ją «°A» — absolute.
Ta sama idea zera bezwzględnego, ale z krokiem Fahrenheita. Żyje w amerykańskiej technice cieplnej: 1 K = 1,8 °Ra.
Kelwin był 1/273,16 temperatury punktu potrójnego — zależał więc od właściwości jednej substancji i jej składu izotopowego.
Ze znakiem stopnia i słowem «stopień». Zniesione w 1967: kelwin nie jest stopniem, lecz jednostką podstawową z własnym zerem.
Kelwin pozbył się wody, ale woda została w robocie
Definicja przez punkt potrójny wody miała nieprzyjemny szczegół: temperatura tego punktu zależy od składu izotopowego — ciężka woda zamarza inaczej niż zwykła, i trzeba było zastrzec wzorcowy skład wody oceanicznej. Po ustaleniu stałej Boltzmanna definicja uwolniła się od substancji, w praktyce jednak komórka punktu potrójnego pozostaje koniem roboczym: realizacja pierwotna jest kosztowna, a ampułka z wodą odtwarza 273,16 K z dokładnością do dziesiątej milikelwina.
Katalog · Międzynarodowy Układ Jednostek Miar
Paszport dla każdej wielkości
Siedem jednostek podstawowych, dwadzieścia dwie pochodne z własnymi nazwami i archiwum układów wycofanych z użycia. Każda to osobny arkusz: definicja, wymiar, przeliczanie, przyrządy, zasady zapisu. W 36 językach.
Jednostki podstawowe
otwórz paszport kelwinaPochodne z własną nazwą
terakotą — jedyna zdefiniowana przez kelwinUkłady historyczne
archiwum zapisówJęzyk paszportu
36 języki. Symbol K i wzory nie są tłumaczone — są identyczne we wszystkich wersjach; tłumaczy się opis, przykłady i zasady zapisu dla danego pisma.