Kelvin
Unidade de base SI · grandeza: temperatura termodinâmica
01 · Definição
O kelvin é a única unidade que mede a temperatura desde o verdadeiro início da escala e não a partir de um zero conveniente. E a única definida pela energia: no SI a temperatura é a energia do movimento térmico, nada mais.
Desde 2019 o kelvin é fixado pela constante de Boltzmann: k = 1,380 649·10⁻²³ joule por kelvin. Um kelvin é aquela variação de temperatura em que a energia térmica kT muda exatamente 1,380 649·10⁻²³ joule. O zero desta escala não é uma convenção, mas o ponto onde o movimento térmico cessa.
Não existe temperatura absoluta negativa: a 0 K o movimento térmico para. Alcançar o zero é impossível — terceira lei da termodinâmica. O recorde de laboratório é de 38 picokelvin, mas não zero.
02 · Conversão
Introduza uma temperatura — o passaporte irá convertê-la
O kelvin é a única escala de temperatura em que os prefixos SI fazem sentido: milikelvin num crióstato, megakelvin numa estrela. Celsius e Fahrenheit têm o zero deslocado, por isso não admitem prefixos nem multiplicação — apenas um deslocamento e um fator.
Na prática a temperatura não se calcula a partir da constante de Boltzmann, mas confere-se com os pontos fixos da EIT-90: ponto triplo da água, pontos de solidificação do estanho, do zinco, da prata e do ouro — dezassete valores fixados.
| Unidade | Nome | Valor | Onde aparece |
|---|---|---|---|
| µK | microkelvin | 2,95·10⁸ µK | arrefecimento a laser, armadilhas de átomos |
| mK | milikelvin | 295 000 mK | crióstatos, computadores quânticos |
| K | kelvin | 295 K | a escrita de base da temperatura no SI |
| kK | quilokelvin | 0,295 kK | plasma, arcos, superfícies de estrelas |
| MK | megakelvin | 2,95·10⁻⁴ MK | núcleos de estrelas, instalações de fusão |
Os prefixos SI funcionam apenas com o kelvin: Celsius e Fahrenheit têm o zero deslocado e não se lhes aplicam prefixos
03 · Ordens de grandeza
dos picokelvin ao plasma de quarks e gluõesTemperatura ambiente, 295 K
04 · Instrumentos de medição
Com que se medem os kelvin
A velocidade do som num gás nobre está diretamente ligada a kT. O método primário com que a própria constante de Boltzmann foi medida antes de ser fixada.
O ruído térmico de Johnson numa resistência é proporcional a kT. Funciona desde milikelvin até milhares de kelvin sem calibração.
Lê a temperatura no espetro de radiação através da lei de Planck — é assim que se medem fornos, metal em vazamento e superfícies estelares.
Uma ampola de água onde gelo, água e vapor mantêm 273,16 K por si próprios. O ponto de trabalho para transferir a escala, reprodutível a 0,1 mK.
05 · Regras de escrita
Apenas K — sem sinal de grau e sem ponto
O sinal «°K» foi abolido em 1967: o kelvin não é um grau mas uma unidade por direito próprio, por isso escreve-se 300 K. O símbolo é maiúsculo porque é um apelido; o nome da unidade escreve-se em minúscula: «trezentos kelvin». As diferenças de temperatura no SI escrevem-se em kelvin, mesmo quando as próprias temperaturas estão em Celsius.
06 · Unidades vizinhas
O kelvin está ao lado do joule — a constante de Boltzmann liga-os diretamente. O grau Celsius é a única unidade derivada cuja definição contém o kelvin: o mesmo tamanho de passo, apenas com o zero deslocado para 273,15 K.
À temperatura ambiente kT ≈ 0,025 eV — este valor fixa o limiar dos semicondutores e das reações químicas.
07 · Secção histórica
Como se procurava o zero absoluto
William Thomson propôs uma escala cujo zero é a cessação do movimento térmico, com o passo tomado de Celsius. Escrevia-se «°A» — absolute.
A mesma ideia de zero absoluto, mas com o passo de Fahrenheit. Sobrevive na engenharia térmica americana: 1 K = 1,8 °Ra.
O kelvin era 1/273,16 da temperatura do ponto triplo — ou seja, dependia das propriedades de uma única substância e da sua composição isotópica.
Com o sinal de grau e a palavra «grau». Abolido em 1967: o kelvin não é um grau mas uma unidade de base com o seu próprio zero.
O kelvin livrou-se da água, mas a água ficou ao serviço
A definição pelo ponto triplo da água tinha um pormenor incómodo: a temperatura desse ponto depende da composição isotópica — a água pesada congela de modo diferente da comum, e era preciso estipular uma composição de referência da água oceânica. Com a constante de Boltzmann fixada, a definição ficou livre de substância; na prática, porém, a célula de ponto triplo continua a ser o cavalo de trabalho: a realização primária é cara, e a ampola de água reproduz 273,16 K com um décimo de milikelvin.
Catálogo · O Sistema Internacional de Unidades
Um passaporte para cada grandeza
Sete unidades de base, vinte e duas derivadas com nomes próprios e um arquivo de sistemas retirados de uso. Cada uma é uma folha própria: definição, dimensão, conversão, instrumentos, regras de escrita. Em 36 idiomas.
Unidades de base
abra o passaporte do kelvinDerivadas com nome próprio
em terracota — a única definida através do kelvinSistemas históricos
arquivo de notaçõesIdioma do passaporte
36 idiomas. O símbolo K e as fórmulas não se traduzem — são idênticos em todas as locales; traduzem-se a descrição, os exemplos e as regras de escrita de cada escrita.