Levo je stakleni termometar. Stub se diže od apsolutne nule do 373 K i ponovo spušta; kod nule zasvetli plava oznaka. Desno se u posudi kreću molekuli gasa: plavi sporo, narandžasti brzo. Kroz posudu se nazire slovo K. Dole displej pokazuje 273,16 K — trojnu tačku vode. Trepće lampica snimanja.
List jedinice
osnovna jedinica SIrev. 2026-10Kelvin K
Osnovna jedinica SI · veličina: termodinamička temperatura — mera srednje energije kretanja čestica
Zašto ništa nije hladnije od −273,15 °C
U 18. veku fizičari su primetili da, kad se gas u zatvorenoj posudi hladi, pritisak sa svakim stepenom opada za isti deo. Produživši tu pravu na grafiku, dobili su tačku u kojoj bi pritisak bio nula — oko −273 °C. Hladnije ne može: molekuli više nemaju kako da uspore.
Kelvinova skala počinje u toj tački — apsolutnoj nuli. Podeoci su joj isti kao kod Celzijusove skale, pa je 0 °C isto što i 273,15 K, a voda pri normalnom pritisku ključa na oko 373,12 K. Negativnih kelvina u običnom smislu nema.
Od 2019. kelvin je određen Bolcmanovom konstantom k = 1,380 649·10⁻²³ J/K. Ona povezuje temperaturu sa energijom. Na temperaturi T svaki molekul gasa u proseku nosi kinetičku energiju 3/2·k·T. Termometar u suštini meri upravo nju.
Oznaka kelvina je veliko K bez znaka stepena: „300 K”, a ne „300 °K”. Veličina se piše velikim T. Naziv jedinice piše se malim slovom — kelvin —, iako potiče od lorda Kelvina. Malo k je Bolcmanova konstanta i predmetak kilo.
Kelvin i stepen Celzijusa jednake su veličine, ali imaju različite nule. 20 °C je 293,15 K. Razlika temperatura je ista u obe jedinice: toplije za 5 °C znači toplije za 5 K. Ne treba je mešati ni sa toplotom: temperatura nije energija, već mera njenog srednjeg udela po čestici.
01 · Definicija
energija čestica · gas · usijanjeMolekuli u gasu lete, u tečnosti se guraju, a u čvrstom telu drhte u mestu. Što se brže kreću, to je temperatura viša. Temperatura u kelvinima srazmerna je srednjoj kinetičkoj energiji tog kretanja: dvostruko više kelvina — dvostruko više energije.
Zato pritisak i zapremina gasa rastu srazmerno temperaturi u kelvinima, a ne u stepenima Celzijusa. Zagrejati vazduh u gumi sa 0 na 27 °C nije „beskonačno više”, nego sa 273 na 300 K: pritisak je porastao za oko 10 %.
Vrelo telo se usijava. Što je temperatura viša, to je kraća talasna dužina na koju pada najviše svetlosti. Žar svetli tamnocrveno na 1000 K, vlakno sijalice žućkastobelo na 2700 K, površina Sunca belo na 5772 K. Po boji usijanja meri se temperatura bez dodira tela.
Šta se menja kad rastu kelvini
Klizačem podešavate temperaturu od 1 do 6000 K. U posudi levo kreću se molekuli gasa: njihova srednja brzina raste sa korenom temperature, a pritisak na zidove srazmerno njoj. Boja molekula pokazuje brzinu: plava spora, narandžasta brza. Desno je kugla od volframa: kako temperatura raste, počinje da se usijava, najpre tamnocrveno, pa žuto i belo. Izaberite gas — helijum, azot ili ksenon: na istoj temperaturi laki molekuli se kreću brže. Ispod su tri prikaza. „Pritisak” je prava p u zavisnosti od T i tačka apsolutne nule. „Brzine” je raspodela molekula po brzini. „Usijanje” je spektar vrelog tela i njegov vrh.
Svaki korak ka nuli teži je od prethodnog
Da biste ohladili telo, morate mu oduzeti toplotu nečim još hladnijim. Što ste bliže nuli, to manje toplote ostaje i to ju je teže oduzeti. Laseri i magnetne zamke hlade oblake atoma do milijarditih delova kelvina, ali sama nula ostaje granica kojoj se može samo približiti.
02 · Pretvaranje
skale · energija · fiksne tačkeIz kelvina u stepene i u energiju
Unesite temperaturu na bilo kojoj skali. Prva kartica je pretvara u kelvine i stepene Celzijusa, Farenhajta i Rankina. Druga pokazuje energiju čestice i boju usijanja. Treća — fiksne tačke skale ITS-90.
| {k} | {v} | {note} |
Temperature u svemiru razlikuju se gotovo 10¹⁷ puta. Najhladniji oblaci atoma u laboratorijama ohlađeni su do stotina pikokelvina; jezgro Sunca toplije je od 15 miliona kelvina. Čovek živi u uskom pojasu oko 300 K, gde voda može biti tečna.
04 · Merni instrumenti
ćelija · gasni termometar · pirometar · akustičkiTemperatura se proverava u tačkama gde se supstanca menja
{title}
{text}
05 · Pravila pisanja
K bez stepena · °C sa stepenomK se piše bez znaka stepena
Kelvin se piše velikim K, s razmakom posle broja i bez „°”. Stepen Celzijusa piše se „°C”, takođe s razmakom. Razlika temperatura može se dati u kelvinima ili u stepenima Celzijusa — brojevi su isti.
Od 1967. kelvin nije stepen, i ispred K se ne stavlja „°”. Bez „°” veliko C je kulon. Predmetak i oznaka pišu se latinicom i ispravnom veličinom slova: mK, a ne mk. Bolcmanova konstanta ima jedinicu J/K. Naziv jedinice piše se malim slovom, a „stepen Kelvina” je zastareo naziv.
06 · Susedne jedinice
termodinamikaIsti podeok, nula pomerena za 273,15.
Jk·T — energija po čestici.
molR = N_A·k povezuje gas i temperaturu.
07 · Istorijski deo
arhiva · od Šarlovog gasa do Bolcmanove konstanteKako je nađena nula do koje se ne može stići
{title}
{text}
Tačka vode postala je izmerena
Od 1954. do 2019. kelvin je bio određen ovako: trojna tačka vode je tačno 273,16 K. U toj tački istovremeno postoje led, tečna voda i para. Ostvaruje se u staklenoj ćeliji sa veoma čistom vodom, i svaka zemlja imala je svoj komplet takvih ćelija.
Ali voda se pokazala kao ćudljiv etalon: temperatura trojne tačke zavisi od izotopa vodonika i kiseonika u njoj. Zato je 2019. kelvin odvojen od vode i određen Bolcmanovom konstantom. Sada je 273,16 K izmerena vrednost, sa nesigurnošću od oko 0,1 mK.
Za obične termometre ništa se nije promenilo. Desno su dva stepenika iste skale: ranije joj je sidro bila voda, sada energija čestice, a voda je postala jedna od fiksnih tačaka.
Katalog veličina
Temperatura i toplota · 12 listova
Indeks · sve veličine na jednoj straniciLaboratorija na ulazu u indeksKap kiseline menja boju soka, so boji plamen, voda se ledi od jednog kucanja. Ispod njih svi listovi Simetriuma, po oblastima i abecedno.Otvori indeks →
