Po lewej szklany termometr. Słupek wznosi się od zera bezwzględnego do 373 K i opada; przy zerze błyska niebieski znacznik. Po prawej w naczyniu poruszają się cząsteczki gazu: niebieskie powoli, pomarańczowe szybko. Przez naczynie prześwituje litera K. Na dole wyświetlacz pokazuje 273,16 K — punkt potrójny wody. Miga lampka nagrywania.
Karta jednostki
jednostka podstawowa SIwyd. 2026-10Kelwin K
Jednostka podstawowa SI · wielkość: temperatura termodynamiczna — miara średniej energii ruchu cząstek
Dlaczego nie ma nic zimniejszego niż −273,15 °C
W XVIII wieku fizycy zauważyli, że gdy gaz w zamkniętym naczyniu się ochładza, ciśnienie spada o ten sam ułamek z każdym stopniem. Przedłużając tę prostą na wykresie, otrzymali punkt, w którym ciśnienie byłoby zerowe — około −273 °C. Zimniej być nie może: cząsteczki nie mają już jak zwolnić.
Skala Kelvina zaczyna się w tym punkcie — zerze bezwzględnym. Jej działki są takie same jak w skali Celsjusza, więc 0 °C to 273,15 K, a woda wrze przy normalnym ciśnieniu w około 373,12 K. Ujemnych kelwinów w zwykłym sensie nie ma.
Od 2019 roku kelwin jest określony przez stałą Boltzmanna k = 1,380 649·10⁻²³ J/K. Łączy ona temperaturę z energią. W temperaturze T każda cząsteczka gazu niesie średnio energię kinetyczną 3/2·k·T. Termometr w gruncie rzeczy mierzy właśnie ją.
Symbol kelwina to wielkie K bez znaku stopnia: „300 K”, a nie „300 °K”. Wielkość zapisuje się wielkim T. Nazwę jednostki pisze się małą literą — kelwin — choć pochodzi od lorda Kelvina. Małe k to stała Boltzmanna i przedrostek kilo.
Kelwin i stopień Celsjusza są tej samej wielkości, ale mają różne zera. 20 °C to 293,15 K. Różnica temperatur jest w obu jednostkach taka sama: cieplej o 5 °C to cieplej o 5 K. Nie mylić też z ciepłem: temperatura nie jest energią, lecz miarą jej średniej porcji na cząstkę.
01 · Definicja
energia cząstek · gaz · żarzenieCząsteczki w gazie latają, w cieczy przepychają się, a w ciele stałym drżą w miejscu. Im szybciej się poruszają, tym wyższa temperatura. Temperatura w kelwinach jest wprost proporcjonalna do średniej energii kinetycznej tego ruchu: dwa razy więcej kelwinów — dwa razy więcej energii.
Dlatego ciśnienie i objętość gazu rosną wprost z temperaturą w kelwinach, a nie w stopniach Celsjusza. Ogrzanie powietrza w oponie z 0 do 27 °C to nie „nieskończenie więcej”, lecz z 273 do 300 K: ciśnienie wzrosło o około 10 %.
Gorące ciało się żarzy. Im wyższa temperatura, tym krótsza fala, na którą przypada najwięcej światła. Żar świeci ciemnoczerwono w 1000 K, włókno żarówki żółtobiało w 2700 K, powierzchnia Słońca biało w 5772 K. Po barwie żarzenia mierzy się temperaturę bez dotykania ciała.
Co się zmienia, gdy rosną kelwiny
Suwakiem ustawia się temperaturę od 1 do 6000 K. W naczyniu po lewej poruszają się cząsteczki gazu: ich średnia prędkość rośnie jak pierwiastek z temperatury, a ciśnienie na ścianki — wprost z nią. Kolor cząsteczki pokazuje jej prędkość: niebieski — wolna, pomarańczowy — szybka. Po prawej kula z wolframu: gdy temperatura rośnie, zaczyna się żarzyć, najpierw ciemnoczerwono, potem żółto i biało. Wybierz gaz — hel, azot lub ksenon: w tej samej temperaturze lekkie cząsteczki poruszają się szybciej. Na dole są trzy widoki. „Ciśnienie” to prosta p od T i punkt zera bezwzględnego. „Prędkości” to rozkład cząsteczek według prędkości. „Żarzenie” to widmo gorącego ciała i jego maksimum.
Każdy krok ku zeru jest trudniejszy od poprzedniego
Aby ochłodzić ciało, trzeba odebrać mu ciepło czymś jeszcze zimniejszym. Im bliżej zera, tym mniej ciepła zostaje i tym trudniej je odebrać. Lasery i pułapki magnetyczne chłodzą chmury atomów do miliardowych części kelwina, ale samo zero pozostaje granicą, do której można się tylko zbliżać.
02 · Przeliczanie
skale · energia · punkty stałeZ kelwinów na stopnie i na energię
Wpisz temperaturę w dowolnej skali. Pierwsza zakładka przeliczy ją na kelwiny oraz stopnie Celsjusza, Fahrenheita i Rankine’a. Druga pokaże energię cząstki i barwę żarzenia. Trzecia — punkty stałe skali ITS-90.
| {k} | {v} | {note} |
Temperatury we Wszechświecie różnią się prawie 10¹⁷ razy. Najzimniejsze chmury atomów w laboratoriach schłodzono do setek pikokelwinów, jądro Słońca jest gorętsze niż 15 milionów kelwinów. Człowiek żyje w wąskim pasie wokół 300 K, gdzie woda może być ciekła.
04 · Przyrządy pomiarowe
ampułka · termometr gazowy · pirometr · akustycznyTemperaturę sprawdza się w punktach, gdzie substancja się zmienia
{title}
{text}
05 · Zasady zapisu
K bez stopnia · °C ze stopniemK pisze się bez znaku stopnia
Kelwin zapisuje się wielkim K ze spacją po liczbie i bez „°”. Stopień Celsjusza zapisuje się „°C”, też ze spacją. Różnicę temperatur można podać w kelwinach lub w stopniach Celsjusza — liczby są te same.
Od 1967 roku kelwin nie jest stopniem i przed K nie stawia się „°”. Bez „°” wielkie C to kulomb. Przedrostek i symbol pisze się literami łacińskimi z właściwą wielkością liter: mK, nie mk. Stała Boltzmanna ma jednostkę J/K. Nazwę jednostki pisze się małą literą, a „stopień Kelvina” to nazwa przestarzała.
06 · Jednostki sąsiednie
termodynamikaTa sama działka, zero przesunięte o 273,15.
Jk·T — energia na cząstkę.
molR = N_A·k łączy gaz i temperaturę.
07 · Dział historyczny
archiwum · od gazu Charles’a do stałej BoltzmannaJak znaleziono zero, do którego nie można dojść
{title}
{text}
Punkt wody stał się zmierzony
Od 1954 do 2019 roku kelwin określano tak: punkt potrójny wody to dokładnie 273,16 K. W tym punkcie lód, ciekła woda i para istnieją razem. Odtwarza się go w szklanej ampułce z bardzo czystą wodą, a każdy kraj miał własny zestaw takich ampułek.
Ale woda okazała się kapryśnym wzorcem: temperatura punktu potrójnego zależy od izotopów wodoru i tlenu w niej. Dlatego w 2019 roku kelwin odłączono od wody i określono przez stałą Boltzmanna. Teraz 273,16 K to wartość zmierzona, z niepewnością około 0,1 mK.
Dla zwykłych termometrów nic się nie zmieniło. Po prawej dwa stopnie tej samej skali: dawniej jej kotwicą była woda, teraz energia cząstki, a woda stała się jednym z punktów stałych.
Katalog wielkości
Temperatura i ciepło · 12 kart
Indeks · wszystkie wielkości na jednej stronieLaboratorium przy wejściu do indeksuKropla kwasu zmienia kolor soku, sól barwi płomień, woda zamarza od stuknięcia. Pod nimi wszystkie karty Simetrium według dziedzin i alfabetycznie.Otwórz indeks →
