Bên trái là một nhiệt kế thủy tinh. Cột chất lỏng dâng từ độ không tuyệt đối lên 373 K rồi lại hạ xuống; gần số không một vạch xanh lóe sáng. Bên phải, các phân tử khí chuyển động trong bình: phân tử xanh chậm, phân tử cam nhanh. Chữ K hiện mờ qua bình. Bên dưới, màn hình hiển thị 273,16 K — điểm ba của nước. Đèn ghi hình nhấp nháy.
Trang đơn vị
đơn vị cơ sở SIbản sửa 2026-10Kelvin K
Đơn vị cơ sở SI · đại lượng: nhiệt độ nhiệt động — thước đo năng lượng trung bình của chuyển động hạt
Vì sao không gì lạnh hơn −273,15 °C
Vào thế kỷ XVIII, các nhà vật lý nhận thấy khi làm lạnh khí trong bình kín, áp suất giảm cùng một phần với mỗi độ. Kéo dài đường thẳng này trên đồ thị, họ tìm ra điểm mà áp suất sẽ bằng không — khoảng −273 °C. Lạnh hơn thì không thể: phân tử không còn cách nào chậm lại nữa.
Thang Kelvin bắt đầu từ điểm này — độ không tuyệt đối. Các vạch chia của nó bằng thang Celsius, nên 0 °C là 273,15 K, và nước sôi ở áp suất thường vào khoảng 373,12 K. Không có kelvin âm theo nghĩa thông thường.
Từ năm 2019, kelvin được định nghĩa qua hằng số Boltzmann k = 1,380 649·10⁻²³ J/K. Hằng số này nối nhiệt độ với năng lượng. Ở nhiệt độ T, mỗi phân tử khí mang trung bình động năng 3/2·k·T. Thực chất nhiệt kế đo chính đại lượng đó.
Ký hiệu của kelvin là K hoa không có dấu độ: «300 K», không phải «300 °K». Đại lượng viết bằng T hoa. Tên đơn vị viết chữ thường — kelvin — dù lấy từ tên Huân tước Kelvin. Chữ k thường là hằng số Boltzmann và tiền tố kilô.
Kelvin và độ Celsius lớn bằng nhau nhưng khác điểm không. 20 °C là 293,15 K. Hiệu nhiệt độ bằng nhau ở cả hai đơn vị: ấm hơn 5 °C tức là ấm hơn 5 K. Cũng đừng nhầm với nhiệt lượng: nhiệt độ không phải năng lượng, mà là thước đo phần trung bình của nó trên mỗi hạt.
01 · Định nghĩa
năng lượng hạt · khí · bức xạ nhiệtPhân tử bay trong chất khí, chen nhau trong chất lỏng và rung tại chỗ trong chất rắn. Chúng chuyển động càng nhanh, nhiệt độ càng cao. Nhiệt độ tính bằng kelvin tỉ lệ thuận với động năng trung bình của chuyển động ấy: gấp đôi kelvin, gấp đôi năng lượng.
Vì thế áp suất và thể tích của khí tăng tỉ lệ thuận với nhiệt độ tính bằng kelvin, không phải độ Celsius. Làm ấm không khí trong lốp xe từ 0 lên 27 °C không phải «nhiều hơn vô hạn lần», mà là từ 273 lên 300 K: áp suất tăng khoảng 10 %.
Vật nóng thì phát sáng. Nhiệt độ càng cao, bước sóng mang nhiều ánh sáng nhất càng ngắn. Than hồng sáng đỏ sẫm ở 1000 K, dây tóc bóng đèn sáng trắng ngả vàng ở 2700 K, bề mặt Mặt Trời sáng trắng ở 5772 K. Từ màu ánh sáng có thể đo nhiệt độ mà không cần chạm vào vật.
Điều gì thay đổi khi kelvin tăng
Dùng thanh trượt đặt nhiệt độ từ 1 đến 6000 K. Trong bình bên trái các phân tử khí chuyển động: tốc độ trung bình tăng theo căn bậc hai của nhiệt độ, còn áp suất lên thành bình tỉ lệ thuận với nhiệt độ. Màu phân tử cho biết tốc độ: xanh chậm, cam nhanh. Bên phải là quả cầu vonfram: khi nhiệt độ tăng, nó bắt đầu phát sáng, đầu tiên đỏ sẫm, rồi vàng và trắng. Chọn khí — heli, nitơ hoặc xenon: ở cùng nhiệt độ, phân tử nhẹ chuyển động nhanh hơn. Bên dưới có ba khung xem. «Áp suất» là đường thẳng p theo T và điểm độ không tuyệt đối. «Tốc độ» là phân bố phân tử theo tốc độ. «Bức xạ» là phổ của vật nóng và đỉnh của nó.
Mỗi bước về số không khó hơn bước trước
Muốn làm lạnh một vật, phải lấy nhiệt khỏi nó bằng thứ còn lạnh hơn. Càng gần số không, nhiệt còn lại càng ít và càng khó lấy ra. Laser và bẫy từ làm lạnh các đám mây nguyên tử tới phần tỉ kelvin, nhưng chính số không vẫn là giới hạn chỉ có thể tiến gần.
02 · Quy đổi
thang đo · năng lượng · điểm cố địnhTừ kelvin sang độ và năng lượng
Nhập nhiệt độ theo thang bất kỳ. Thẻ thứ nhất đổi sang kelvin và độ Celsius, Fahrenheit, Rankine. Thẻ thứ hai cho biết năng lượng của hạt và màu ánh sáng. Thẻ thứ ba là các điểm cố định của thang ITS-90.
| {k} | {v} | {note} |
Nhiệt độ trong vũ trụ chênh nhau gần 10¹⁷ lần. Những đám mây nguyên tử lạnh nhất trong phòng thí nghiệm được làm lạnh tới vài trăm picokelvin; lõi Mặt Trời nóng hơn 15 triệu kelvin. Con người sống trong một dải hẹp quanh 300 K, nơi nước có thể ở thể lỏng.
04 · Dụng cụ đo
bình · nhiệt kế khí · hỏa kế · âm họcNhiệt độ được kiểm tại những điểm chất biến đổi
{title}
{text}
05 · Quy tắc viết
K không có độ · °C có độK viết không có dấu độ
Kelvin viết bằng K hoa, cách số một khoảng trắng và không có «°». Độ Celsius viết «°C», cũng có khoảng trắng. Hiệu nhiệt độ có thể cho bằng kelvin hoặc độ Celsius — các con số trùng nhau.
Từ năm 1967 kelvin không còn là độ, và không đặt «°» trước K. Không có «°», chữ C hoa là culông. Tiền tố và ký hiệu viết bằng chữ Latinh, đúng hoa thường: mK, không phải mk. Hằng số Boltzmann có đơn vị J/K. Tên đơn vị viết chữ thường, còn «độ Kelvin» là tên đã lỗi thời.
06 · Các đơn vị lân cận
nhiệt động lực họcCùng vạch chia, điểm không dịch 273,15.
Jk·T — năng lượng trên mỗi hạt.
molR = N_A·k nối khí với nhiệt độ.
07 · Phần lịch sử
lưu trữ · từ khí của Charles đến hằng số BoltzmannSố không không thể chạm tới đã được tìm ra thế nào
{title}
{text}
Điểm của nước trở thành giá trị đo
Từ năm 1954 đến 2019, kelvin được định nghĩa thế này: điểm ba của nước đúng bằng 273,16 K. Ở điểm này băng, nước lỏng và hơi nước cùng tồn tại. Nó được tái tạo trong bình thủy tinh chứa nước rất tinh khiết, và mỗi nước có bộ bình riêng.
Nhưng nước hóa ra là chuẩn thất thường: nhiệt độ điểm ba phụ thuộc vào đồng vị hydro và oxy trong nước. Vì vậy năm 2019, kelvin được tách khỏi nước và cố định qua hằng số Boltzmann. Nay 273,16 K là giá trị đo được, với độ không đảm bảo khoảng 0,1 mK.
Với nhiệt kế thông thường, không có gì thay đổi. Bên phải là hai bậc của cùng một thang: trước đây mỏ neo của nó là nước, nay là năng lượng của hạt, còn nước trở thành một trong các điểm cố định.
Danh mục đại lượng
Nhiệt độ và nhiệt · 12 trang đơn vị
Chỉ mục · mọi đại lượng trên một trangPhòng thí nghiệm ở lối vào chỉ mụcMột giọt axit đổi màu nước ép, muối nhuộm màu ngọn lửa, nước đóng băng sau một cú gõ. Bên dưới là mọi trang của Simetrium, theo ngành và theo thứ tự chữ cái.Mở chỉ mục →
