Kelvin
Đơn vị cơ bản SI · đại lượng: nhiệt độ nhiệt động
01 · Định nghĩa
Kelvin là đơn vị duy nhất đo nhiệt độ từ điểm khởi đầu thật sự của thang chứ không từ một số không tiện lợi nào đó. Và là đơn vị duy nhất được định nghĩa qua năng lượng: trong SI, nhiệt độ là năng lượng của chuyển động nhiệt, không hơn.
Từ năm 2019, kelvin được đặt bằng cách cố định hằng số Boltzmann: k = 1.380 649·10⁻²³ jun trên kelvin. Một kelvin là mức thay đổi nhiệt độ mà tại đó năng lượng nhiệt kT thay đổi đúng 1.380 649·10⁻²³ jun. Số không của thang này không phải quy ước mà là điểm nơi chuyển động nhiệt dừng lại.
Không có nhiệt độ tuyệt đối âm: ở 0 K chuyển động nhiệt dừng lại. Đạt tới số không là bất khả — nguyên lý thứ ba của nhiệt động lực học. Kỷ lục phòng thí nghiệm là 38 picokelvin, nhưng không phải số không.
02 · Quy đổi
Nhập một nhiệt độ — hộ chiếu sẽ quy đổi
Kelvin là thang nhiệt độ duy nhất mà tiền tố SI có ý nghĩa: milikelvin trong máy lạnh, megakelvin trong một ngôi sao. Celsius và Fahrenheit có số không bị dịch, nên không nhận tiền tố lẫn phép nhân — chỉ có một độ dịch và một hệ số.
Trên thực tế nhiệt độ không được tính từ hằng số Boltzmann mà đối chiếu với các điểm cố định của ITS-90: điểm ba của nước, điểm đông đặc của thiếc, kẽm, bạc và vàng — mười bảy giá trị đã định.
| Đơn vị | Tên | Giá trị | Gặp ở đâu |
|---|---|---|---|
| µK | microkelvin | 2.95·10⁸ µK | làm lạnh bằng laser, bẫy nguyên tử |
| mK | milikelvin | 295 000 mK | máy lạnh, máy tính lượng tử |
| K | kelvin | 295 K | cách ghi cơ bản của nhiệt độ trong SI |
| kK | kilokelvin | 0.295 kK | plasma, hồ quang, bề mặt sao |
| MK | megakelvin | 2.95·10⁻⁴ MK | lõi sao, thiết bị nhiệt hạch |
Tiền tố SI chỉ dùng được với kelvin: Celsius và Fahrenheit có số không bị dịch, không gắn tiền tố cho chúng
03 · Bậc độ lớn
từ picokelvin đến plasma quark–gluonNhiệt độ phòng, 295 K
04 · Dụng cụ đo
Đo kelvin bằng gì
Vận tốc âm trong khí hiếm gắn trực tiếp với kT. Chính là phương pháp sơ cấp đã dùng để đo hằng số Boltzmann trước khi nó được cố định.
Nhiễu nhiệt Johnson trong một điện trở tỉ lệ với kT. Nó hoạt động từ milikelvin đến hàng nghìn kelvin mà không cần hiệu chuẩn.
Nó đọc nhiệt độ từ phổ bức xạ qua định luật Planck — lò nung, kim loại lúc rót và bề mặt sao được đo như vậy.
Một ống thủy tinh chứa nước, trong đó băng, nước và hơi tự giữ 273.16 K. Điểm làm việc để truyền thang đo, độ lặp lại 0.1 mK.
05 · Quy tắc viết
Chỉ K — không dấu độ và không dấu chấm
Ký hiệu «°K» bị bãi bỏ năm 1967: kelvin không phải là độ mà là một đơn vị riêng, nên viết 300 K. Ký hiệu viết hoa vì đó là một họ; tên đơn vị viết thường: «ba trăm kelvin». Chênh lệch nhiệt độ trong SI viết bằng kelvin, ngay cả khi bản thân các nhiệt độ được cho theo Celsius.
06 · Đơn vị láng giềng
Kelvin đứng cạnh jun — hằng số Boltzmann nối chúng trực tiếp. Độ Celsius là đơn vị dẫn xuất duy nhất mà định nghĩa có chứa kelvin: cùng độ lớn của bước, chỉ khác là số không dịch tới 273.15 K.
Ở nhiệt độ phòng kT ≈ 0.025 eV — giá trị này đặt ngưỡng cho bán dẫn và các phản ứng hóa học.
07 · Phần lịch sử
Người ta đã tìm độ không tuyệt đối ra sao
William Thomson đề xuất một thang có số không là lúc chuyển động nhiệt dừng lại, còn bước lấy từ Celsius. Nó được viết «°A» — absolute.
Cùng ý tưởng độ không tuyệt đối, nhưng với bước của Fahrenheit. Nó còn sống trong kỹ thuật nhiệt Hoa Kỳ: 1 K = 1.8 °Ra.
Kelvin từng là 1/273.16 nhiệt độ của điểm ba — nghĩa là nó phụ thuộc vào tính chất của một chất duy nhất và thành phần đồng vị của chất ấy.
Có dấu độ và chữ «độ». Bãi bỏ năm 1967: kelvin không phải là độ mà là đơn vị cơ bản với số không của riêng nó.
Kelvin thoát khỏi nước, nhưng nước vẫn ở lại làm việc
Định nghĩa qua điểm ba của nước có một chi tiết khó chịu: nhiệt độ của điểm ấy phụ thuộc thành phần đồng vị — nước nặng đóng băng khác nước thường, và phải quy định một thành phần tham chiếu của nước đại dương. Khi hằng số Boltzmann được cố định, định nghĩa thoát khỏi mọi chất; nhưng trên thực tế ống điểm ba vẫn là ngựa kéo: hiện thực hóa sơ cấp thì đắt, còn ống nước tái lập 273.16 K tới một phần mười milikelvin.
Danh mục · Hệ đơn vị quốc tế
Mỗi đại lượng một hộ chiếu
Bảy đơn vị cơ bản, hai mươi hai đơn vị dẫn xuất có tên riêng và kho lưu trữ các hệ đã ngừng dùng. Mỗi cái là một tờ riêng: định nghĩa, thứ nguyên, quy đổi, dụng cụ, quy tắc viết. Bằng 36 ngôn ngữ.
Đơn vị cơ bản
mở hộ chiếu của kelvinDẫn xuất có tên riêng
màu đất nung — đơn vị duy nhất định nghĩa qua kelvinCác hệ lịch sử
kho ký hiệuNgôn ngữ hộ chiếu
36 ngôn ngữ. Ký hiệu K và các công thức không được dịch — chúng giống hệt nhau trong mọi phiên bản; được dịch là phần mô tả, ví dụ và quy tắc viết của từng hệ chữ.