Vľavo je sklenený teplomer. Stĺpec stúpa od absolútnej nuly k 373 K a zase klesá; pri nule blikne modrá značka. Vpravo sa v nádobe pohybujú molekuly plynu: modré pomaly, oranžové rýchlo. Nádobou presvitá písmeno K. Dole displej ukazuje 273,16 K — trojný bod vody. Bliká kontrolka záznamu.
List jednotky
základná jednotka SIrev. 2026-10Kelvin K
Základná jednotka SI · veličina: termodynamická teplota — miera strednej energie pohybu častíc
Prečo nič nie je chladnejšie ako −273,15 °C
V 18. storočí si fyzici všimli, že keď sa plyn v uzavretej nádobe ochladzuje, tlak s každým stupňom klesne o rovnaký diel. Predĺžením tejto priamky v grafe dostali bod, kde by tlak bol nulový — asi −273 °C. Chladnejšie byť nemôže: molekuly už nemajú kam spomaliť.
Kelvinova stupnica začína v tomto bode — absolútnej nule. Jej dieliky sú rovnaké ako pri Celziovej stupnici, takže 0 °C je 273,15 K a voda vrie pri normálnom tlaku asi pri 373,12 K. Záporné kelviny v bežnom zmysle neexistujú.
Od roku 2019 je kelvin určený Boltzmannovou konštantou k = 1,380 649·10⁻²³ J/K. Tá spája teplotu s energiou. Pri teplote T nesie každá molekula plynu v priemere kinetickú energiu 3/2·k·T. Teplomer v podstate meria práve ju.
Značka kelvina je veľké K bez znaku stupňa: „300 K“, nie „300 °K“. Veličina sa píše veľkým T. Názov jednotky sa píše malým písmenom — kelvin —, hoci je pomenovaný po lordovi Kelvinovi. Malé k je Boltzmannova konštanta a predpona kilo.
Kelvin a stupeň Celzia sú rovnako veľké, ale majú rôzne nuly. 20 °C je 293,15 K. Rozdiel teplôt je v oboch jednotkách rovnaký: teplejšie o 5 °C znamená teplejšie o 5 K. Nepliesť si ani s teplom: teplota nie je energia, ale miera jej stredného podielu na časticu.
01 · Definícia
energia častíc · plyn · žiarenieMolekuly v plyne lietajú, v kvapaline sa strkajú a v pevnej látke sa chvejú na mieste. Čím rýchlejšie sa pohybujú, tým vyššia je teplota. Teplota v kelvinoch je priamo úmerná strednej kinetickej energii tohto pohybu: dvakrát viac kelvinov, dvakrát viac energie.
Preto tlak a objem plynu rastú priamo s teplotou v kelvinoch, nie v stupňoch Celzia. Ohriať vzduch v pneumatike z 0 na 27 °C nie je „nekonečne viac“, ale z 273 na 300 K: tlak vzrástol asi o 10 %.
Horúce teleso žiari. Čím vyššia teplota, tým kratšia vlnová dĺžka, na ktorú pripadá najviac svetla. Žeravé uhlíky svietia tmavočerveno pri 1000 K, vlákno žiarovky žltobielo pri 2700 K, povrch Slnka bielo pri 5772 K. Podľa farby žiarenia sa meria teplota bez dotyku telesa.
Čo sa mení, keď rastú kelviny
Posuvníkom nastavíte teplotu od 1 do 6000 K. V nádobe vľavo sa pohybujú molekuly plynu: ich stredná rýchlosť rastie s odmocninou teploty, tlak na steny priamo s ňou. Farba molekuly ukazuje jej rýchlosť: modrá pomalá, oranžová rýchla. Vpravo guľa z volfrámu: s rastúcou teplotou začne žiariť, najprv tmavočerveno, potom žlto a bielo. Vyberte plyn — hélium, dusík alebo xenón: pri rovnakej teplote sa ľahké molekuly pohybujú rýchlejšie. Dole sú tri pohľady. „Tlak“ je priamka p v závislosti od T a bod absolútnej nuly. „Rýchlosti“ je rozdelenie molekúl podľa rýchlosti. „Žiarenie“ je spektrum horúceho telesa a jeho maximum.
Každý krok k nule je ťažší než ten predchádzajúci
Aby ste teleso ochladili, musíte mu odobrať teplo niečím ešte chladnejším. Čím bližšie k nule, tým menej tepla zostáva a tým ťažšie sa odoberá. Lasery a magnetické pasce ochladzujú oblaky atómov na miliardtiny kelvina, ale nula sama zostáva hranicou, ku ktorej sa dá len približovať.
02 · Prevod
stupnice · energia · pevné bodyZ kelvinov na stupne a na energiu
Zadajte teplotu v ľubovoľnej stupnici. Prvá karta ju prevedie na kelviny a stupne Celzia, Fahrenheita a Rankina. Druhá ukáže energiu častice a farbu žiarenia. Tretia pevné body stupnice ITS-90.
| {k} | {v} | {note} |
Teploty vo vesmíre sa líšia takmer 10¹⁷-krát. Najchladnejšie oblaky atómov v laboratóriách ochladili na stovky pikokelvinov, jadro Slnka je teplejšie ako 15 miliónov kelvinov. Človek žije v úzkom pásme okolo 300 K, kde môže byť voda kvapalná.
04 · Meracie prístroje
ampula · plynový teplomer · pyrometer · akustickýTeplota sa overuje v bodoch, kde sa látka mení
{title}
{text}
05 · Pravidlá zápisu
K bez stupňa · °C so stupňomK sa píše bez znaku stupňa
Kelvin sa píše veľkým K s medzerou za číslom a bez „°“. Stupeň Celzia sa píše „°C“, tiež s medzerou. Rozdiel teplôt možno uviesť v kelvinoch alebo v stupňoch Celzia — čísla sú rovnaké.
Od roku 1967 kelvin nie je stupeň a pred K sa „°“ nepíše. Bez „°“ je veľké C coulomb. Predpona a značka sa píšu latinkou so správnou veľkosťou písmen: mK, nie mk. Boltzmannova konštanta má jednotku J/K. Názov jednotky sa píše malým písmenom a „stupeň Kelvina“ je zastaraný názov.
06 · Susedné jednotky
termodynamikaRovnaký dielik, nula posunutá o 273,15.
Jk·T — energia na časticu.
molR = N_A·k spája plyn a teplotu.
07 · Historický oddiel
archív · od Charlesovho plynu po Boltzmannovu konštantuAko sa našla nula, ku ktorej nemožno dôjsť
{title}
{text}
Bod vody sa stal meraným
Od roku 1954 do roku 2019 sa kelvin určoval takto: trojný bod vody je presne 273,16 K. V tomto bode existujú ľad, kvapalná voda a para súčasne. Reprodukuje sa v sklenej ampule s veľmi čistou vodou a každá krajina mala vlastnú sadu takých ampúl.
Lenže voda sa ukázala ako vrtošivý etalón: teplota trojného bodu závisí od izotopov vodíka a kyslíka v nej. Preto kelvin v roku 2019 odpútali od vody a určili Boltzmannovou konštantou. Teraz je 273,16 K nameraná hodnota s neistotou asi 0,1 mK.
Pre bežné teplomery sa nič nezmenilo. Vpravo sú dva stupne tej istej stupnice: kedysi bola jej kotvou voda, teraz energia častice a voda sa stala jedným z pevných bodov.
Katalóg veličín
Teplota a teplo · 12 listov
Register · všetky veličiny na jednej stránkeLaboratórium pri vstupe do registraKvapka kyseliny zmení farbu šťavy, soľ zafarbí plameň, voda zamrzne po klepnutí. Pod nimi všetky listy Simetria podľa odborov a abecedne.Otvoriť register →
