เคลวิน
หน่วยฐาน SI · ปริมาณ: อุณหภูมิอุณหพลศาสตร์
01 · นิยาม
เคลวินเป็นหน่วยเดียวที่วัดอุณหภูมิจากจุดเริ่มต้นที่แท้จริงของมาตรา ไม่ใช่จากศูนย์ที่สะดวกอันใดอันหนึ่ง และเป็นหน่วยเดียวที่นิยามผ่านพลังงาน: ใน SI อุณหภูมิคือพลังงานของการเคลื่อนที่เชิงความร้อน ไม่มีอะไรมากไปกว่านั้น
ตั้งแต่ปี 2019 เคลวินถูกกำหนดโดยการตรึงค่าคงตัวโบลต์ซมันน์: k = 1.380 649·10⁻²³ จูลต่อเคลวิน หนึ่งเคลวินคือการเปลี่ยนอุณหภูมิที่ทำให้พลังงานความร้อน kT เปลี่ยนไปพอดี 1.380 649·10⁻²³ จูล ศูนย์ของมาตรานี้ไม่ใช่ข้อตกลง แต่เป็นจุดที่การเคลื่อนที่เชิงความร้อนหยุดลง
อุณหภูมิสัมบูรณ์ที่เป็นลบไม่มีอยู่: ที่ 0 K การเคลื่อนที่เชิงความร้อนหยุดลง การไปถึงศูนย์เป็นไปไม่ได้ — กฎข้อที่สามของอุณหพลศาสตร์ สถิติในห้องปฏิบัติการคือ 38 พิโกเคลวิน แต่ไม่ใช่ศูนย์
02 · การแปลง
ป้อนอุณหภูมิ — หนังสือเดินทางจะแปลงให้
เคลวินเป็นมาตราอุณหภูมิเดียวที่คำอุปสรรค SI มีความหมาย: มิลลิเคลวินในไครโอสแตต เมกะเคลวินในดาวฤกษ์ เซลเซียสและฟาเรนไฮต์มีศูนย์ที่เลื่อนไป จึงไม่รับทั้งคำอุปสรรคและการคูณ — มีเพียงการเลื่อนและตัวคูณเท่านั้น
ในทางปฏิบัติ อุณหภูมิไม่ได้คำนวณจากค่าคงตัวโบลต์ซมันน์ แต่เทียบกับจุดตรึงของ ITS-90: จุดสามสถานะของน้ำ จุดแข็งตัวของดีบุก สังกะสี เงิน และทอง — รวมสิบเจ็ดค่าที่กำหนดไว้
| หน่วย | ชื่อ | ค่า | พบที่ไหน |
|---|---|---|---|
| µK | ไมโครเคลวิน | 2.95·10⁸ µK | การทำความเย็นด้วยเลเซอร์ กับดักอะตอม |
| mK | มิลลิเคลวิน | 295 000 mK | ไครโอสแตต คอมพิวเตอร์ควอนตัม |
| K | เคลวิน | 295 K | การเขียนอุณหภูมิพื้นฐานใน SI |
| kK | กิโลเคลวิน | 0.295 kK | พลาสมา อาร์ก พื้นผิวดาวฤกษ์ |
| MK | เมกะเคลวิน | 2.95·10⁻⁴ MK | แก่นดาวฤกษ์ เครื่องฟิวชัน |
คำอุปสรรค SI ใช้ได้กับเคลวินเท่านั้น: เซลเซียสและฟาเรนไฮต์มีศูนย์ที่เลื่อนไป จึงไม่เติมคำอุปสรรคให้
03 · อันดับของขนาด
จากพิโกเคลวินถึงพลาสมาควาร์ก–กลูออนอุณหภูมิห้อง 295 K
04 · เครื่องมือวัด
วัดเคลวินด้วยอะไร
อัตราเร็วเสียงในแก๊สเฉื่อยผูกกับ kT โดยตรง เป็นวิธีปฐมภูมิที่ใช้วัดค่าคงตัวโบลต์ซมันน์เองก่อนที่มันจะถูกตรึง
สัญญาณรบกวนความร้อนจอห์นสันในความต้านทานแปรผันตรงกับ kT ทำงานตั้งแต่มิลลิเคลวินถึงหลายพันเคลวินโดยไม่ต้องสอบเทียบ
อ่านอุณหภูมิจากสเปกตรัมการแผ่รังสีผ่านกฎของพลังค์ — เตาหลอม โลหะขณะเทหล่อ และพื้นผิวดาวฤกษ์ ถูกวัดแบบนี้
หลอดแก้วบรรจุน้ำ ซึ่งน้ำแข็ง น้ำ และไอรักษา 273.16 K ไว้เอง เป็นจุดทำงานสำหรับส่งต่อมาตรา ทำซ้ำได้ถึง 0.1 mK
05 · กฎการเขียน
แค่ K — ไม่มีเครื่องหมายองศาและไม่มีจุด
เครื่องหมาย «°K» ถูกยกเลิกในปี 1967: เคลวินไม่ใช่องศาแต่เป็นหน่วยในตัวเอง จึงเขียนว่า 300 K สัญลักษณ์เป็นตัวใหญ่เพราะเป็นนามสกุล ส่วนชื่อหน่วยเขียนด้วยตัวเล็ก: «สามร้อยเคลวิน» ผลต่างอุณหภูมิใน SI เขียนเป็นเคลวิน แม้อุณหภูมิเองจะให้มาเป็นเซลเซียสก็ตาม
06 · หน่วยเพื่อนบ้าน
เคลวินยืนอยู่ข้างจูล — ค่าคงตัวโบลต์ซมันน์เชื่อมทั้งสองเข้าด้วยกันโดยตรง องศาเซลเซียสเป็นหน่วยอนุพัทธ์เดียวที่นิยามมีเคลวินอยู่: ขนาดของขั้นเท่ากัน ต่างแค่ศูนย์ที่เลื่อนไปที่ 273.15 K
ที่อุณหภูมิห้อง kT ≈ 0.025 eV — ค่านี้กำหนดขีดเริ่มสำหรับสารกึ่งตัวนำและปฏิกิริยาเคมี
07 · หมวดประวัติศาสตร์
ศูนย์สัมบูรณ์ถูกค้นหาอย่างไร
วิลเลียม ทอมสัน เสนอมาตราที่ศูนย์คือการหยุดของการเคลื่อนที่เชิงความร้อน โดยเอาขนาดขั้นมาจากเซลเซียส เขียนว่า «°A» — absolute
แนวคิดศูนย์สัมบูรณ์เดียวกัน แต่ใช้ขนาดขั้นของฟาเรนไฮต์ ยังมีชีวิตอยู่ในวิศวกรรมความร้อนอเมริกัน: 1 K = 1.8 °Ra
เคลวินเคยเป็น 1/273.16 ของอุณหภูมิจุดสามสถานะ — นั่นคือขึ้นกับสมบัติของสารเพียงชนิดเดียวและองค์ประกอบไอโซโทปของมัน
พร้อมเครื่องหมายองศาและคำว่า «องศา» ยกเลิกในปี 1967: เคลวินไม่ใช่องศาแต่เป็นหน่วยฐานที่มีศูนย์ของตัวเอง
เคลวินหลุดพ้นจากน้ำ แต่น้ำยังคงทำงานอยู่
นิยามผ่านจุดสามสถานะของน้ำมีรายละเอียดที่น่ารำคาญ: อุณหภูมิของจุดนั้นขึ้นกับองค์ประกอบไอโซโทป — น้ำหนักแข็งตัวต่างจากน้ำธรรมดา จึงต้องกำหนดองค์ประกอบอ้างอิงของน้ำมหาสมุทร เมื่อค่าคงตัวโบลต์ซมันน์ถูกตรึง นิยามก็เป็นอิสระจากสสารใด ๆ แต่ในทางปฏิบัติเซลล์จุดสามสถานะยังเป็นม้างาน: การทำให้เกิดจริงแบบปฐมภูมิมีราคาแพง ส่วนหลอดน้ำนั้นทำซ้ำ 273.16 K ได้ถึงหนึ่งในสิบมิลลิเคลวิน
สารบัญ · ระบบหน่วยระหว่างประเทศ
หนังสือเดินทางสำหรับทุกปริมาณ
หน่วยฐานเจ็ดหน่วย หน่วยอนุพัทธ์ที่มีชื่อเฉพาะยี่สิบสองหน่วย และจดหมายเหตุของระบบที่เลิกใช้ แต่ละหน่วยคือหนึ่งแผ่น: นิยาม มิติ การแปลง เครื่องมือ กฎการเขียน ใน 36 ภาษา
หน่วยฐาน
เปิดหนังสือเดินทางของเคลวินหน่วยอนุพัทธ์ที่มีชื่อเฉพาะ
สีดินเผา — หน่วยเดียวที่นิยามผ่านเคลวินระบบประวัติศาสตร์
จดหมายเหตุสัญลักษณ์ภาษาของหนังสือเดินทาง
36 ภาษา สัญลักษณ์ K และสูตรไม่ถูกแปล — เหมือนกันทุกฉบับภาษา สิ่งที่แปลคือคำอธิบาย ตัวอย่าง และกฎการเขียนของแต่ละอักษร