Kelvin
Unitate de bază SI · mărime: temperatură termodinamică
01 · Definiție
Kelvinul este singura unitate care măsoară temperatura de la adevăratul început al scării, nu de la un zero comod. Și singura definită prin energie: în SI temperatura este energia mișcării termice, nimic mai mult.
Din 2019 kelvinul este stabilit prin fixarea constantei Boltzmann: k = 1,380 649·10⁻²³ jouli pe kelvin. Un kelvin este acea variație de temperatură la care energia termică kT se schimbă exact cu 1,380 649·10⁻²³ jouli. Zeroul acestei scări nu este o convenție, ci punctul în care mișcarea termică încetează.
Temperatura absolută negativă nu există: la 0 K mișcarea termică se oprește. Atingerea zeroului este imposibilă — principiul al treilea al termodinamicii. Recordul de laborator este de 38 de picokelvini, dar nu zero.
02 · Conversie
Introduceți o temperatură — pașaportul o va converti
Kelvinul este singura scară de temperatură pentru care prefixele SI au sens: milikelvini într-un criostat, megakelvini într-o stea. Celsius și Fahrenheit au zeroul deplasat, așa că nu suportă nici prefixe, nici înmulțire — doar o deplasare și un factor.
În practică temperatura nu se calculează din constanta Boltzmann, ci se verifică față de punctele fixe ale SIT-90: punctul triplu al apei, punctele de solidificare ale staniului, zincului, argintului și aurului — șaptesprezece valori fixate.
| Unitate | Nume | Valoare | Unde apare |
|---|---|---|---|
| µK | microkelvin | 2,95·10⁸ µK | răcire cu laser, capcane de atomi |
| mK | milikelvin | 295 000 mK | criostate, calculatoare cuantice |
| K | kelvin | 295 K | scrierea de bază a temperaturii în SI |
| kK | kilokelvin | 0,295 kK | plasmă, arcuri, suprafețe stelare |
| MK | megakelvin | 2,95·10⁻⁴ MK | miezuri stelare, instalații de fuziune |
Prefixele SI funcționează numai cu kelvinul: Celsius și Fahrenheit au zeroul deplasat și nu li se aplică prefixe
03 · Ordine de mărime
de la picokelvini la plasma de quarcuri și gluoniTemperatura camerei, 295 K
04 · Instrumente de măsură
Cu ce se măsoară kelvinii
Viteza sunetului într-un gaz nobil este legată direct de kT. Metoda primară cu care a fost măsurată însăși constanta Boltzmann înainte de a fi fixată.
Zgomotul termic Johnson dintr-o rezistență este proporțional cu kT. Funcționează de la milikelvini la mii de kelvini fără etalonare.
Citește temperatura din spectrul radiației prin legea lui Planck — așa se măsoară cuptoarele, metalul la turnare și suprafețele stelare.
O fiolă cu apă în care gheața, apa și vaporii mențin 273,16 K de la sine. Punctul de lucru pentru transmiterea scării, reproductibil la 0,1 mK.
05 · Reguli de scriere
Pur și simplu K — fără semnul gradului și fără punct
Semnul «°K» a fost abolit în 1967: kelvinul nu este un grad, ci o unitate de sine stătătoare, de aceea se scrie 300 K. Simbolul este majusculă pentru că este un nume de familie; numele unității se scrie cu literă mică: «trei sute de kelvini». Diferențele de temperatură se scriu în SI în kelvini, chiar și când temperaturile în sine sunt date în Celsius.
06 · Unități vecine
Kelvinul stă lângă joule — constanta Boltzmann îi leagă direct. Gradul Celsius este singura unitate derivată a cărei definiție conține kelvinul: aceeași mărime a pasului, doar cu zeroul deplasat la 273,15 K.
La temperatura camerei kT ≈ 0,025 eV — această valoare stabilește pragul pentru semiconductori și reacții chimice.
07 · Secțiunea istorică
Cum se căuta zeroul absolut
William Thomson a propus o scară al cărei zero este încetarea mișcării termice, cu pasul luat de la Celsius. Se nota «°A» — absolute.
Aceeași idee a zeroului absolut, dar cu pasul Fahrenheit. Trăiește în tehnica termică americană: 1 K = 1,8 °Ra.
Kelvinul era 1/273,16 din temperatura punctului triplu — depindea deci de proprietățile unei singure substanțe și de compoziția ei izotopică.
Cu semnul gradului și cuvântul «grad». Abolit în 1967: kelvinul nu este un grad, ci o unitate de bază cu zeroul său propriu.
Kelvinul a scăpat de apă, dar apa a rămas la treabă
Definiția prin punctul triplu al apei avea un detaliu neplăcut: temperatura acestui punct depinde de compoziția izotopică — apa grea îngheață altfel decât cea obișnuită, și trebuia stipulată o compoziție de referință a apei oceanice. Odată fixată constanta Boltzmann, definiția s-a eliberat de orice substanță; în practică însă celula de punct triplu rămâne calul de povară: realizarea primară este scumpă, iar fiola cu apă reproduce 273,16 K cu o zecime de milikelvin.
Catalog · Sistemul Internațional de Unități
Un pașaport pentru fiecare mărime
Șapte unități de bază, douăzeci și două derivate cu nume proprii și o arhivă a sistemelor retrase din uz. Fiecare este o filă separată: definiție, dimensiune, conversie, instrumente, reguli de scriere. În 34 de limbi.
Unități de bază
deschideți pașaportul kelvinuluiDerivate cu nume propriu
în teracotă — singura definită prin kelvinSisteme istorice
arhiva notațiilorLimba pașaportului
34 de limbi. Simbolul K și formulele nu se traduc — sunt identice în toate versiunile; se traduc descrierea, exemplele și regulile de scriere pentru fiecare scriere.