01 · 定義
克耳文是唯一從標度真正起點而非某個方便的零點開始度量溫度的單位。也是唯一透過能量定義的單位:在 SI 中,溫度就是熱運動的能量,僅此而已。
自 2019 年起,克耳文由固定波茲曼常數確定:k = 1.380 649·10⁻²³ 焦耳每克耳文。一克耳文是熱能 kT 恰好變化 1.380 649·10⁻²³ 焦耳時的溫度變化量。這條標度的零點不是約定,而是熱運動停止的那一點。
不存在負的絕對溫度:在 0 K 熱運動停止。達到零點是不可能的——熱力學第三定律。實驗室紀錄是 38 皮克耳文,但不是零。
02 · 換算
輸入一個溫度——護照將為您換算
克耳文是唯一適合使用 SI 詞頭的溫標:制冷機裡的毫克耳文,恆星裡的兆克耳文。攝氏度和華氏度的零點是平移過的,因此既不接受詞頭也不接受相乘——只有平移與係數。
在實務中,溫度並不由波茲曼常數算出,而是對照 ITS-90 的固定點核定:水的三相點,錫、鋅、銀、金的凝固點——共十七個定值。
| 單位 | 名稱 | 數值 | 出現在哪裡 |
|---|---|---|---|
| µK | 微克耳文 | 2.95·10⁸ µK | 雷射冷卻、原子阱 |
| mK | 毫克耳文 | 295 000 mK | 制冷機、量子電腦 |
| K | 克耳文 | 295 K | SI 中溫度的基本寫法 |
| kK | 千克耳文 | 0.295 kK | 電漿、電弧、恆星表面 |
| MK | 兆克耳文 | 2.95·10⁻⁴ MK | 恆星核心、融合裝置 |
SI 詞頭只適用於克耳文:攝氏度和華氏度的零點是平移過的,不對它們加詞頭
03 · 數量級
從皮克耳文到夸克—膠子電漿室溫,295 K
04 · 量測儀器
用什麼量測克耳文
惰性氣體中的聲速與 kT 直接相關。波茲曼常數本身在被固定之前,正是用這種基準方法測出的。
電阻中的約翰生熱雜訊與 kT 成正比。從毫克耳文到數千克耳文都可運作,無須校準。
透過普朗克定律從輻射光譜讀出溫度——爐膛、澆鑄中的金屬和恆星表面就是這樣量測的。
一支裝水的安瓿,其中冰、水與蒸汽自行維持 273.16 K。傳遞溫標的工作點,再現性達 0.1 mK。
05 · 書寫規則
就寫 K——不帶度符號,也不帶句點
「°K」這一記號於 1967 年被廢止:克耳文不是度,而是獨立的單位,因此寫作 300 K。符號大寫是因為它是姓氏;單位名稱用小寫書寫:「三百克耳文」。SI 中溫差用克耳文書寫,即使溫度本身以攝氏度給出。
06 · 相鄰單位
克耳文與焦耳比鄰而立——波茲曼常數把二者直接連起來。攝氏度是唯一定義中含有克耳文的導出單位:步長相同,只是零點平移到 273.15 K。
室溫下 kT ≈ 0.025 eV——這個值設定了半導體與化學反應的門檻。
07 · 歷史部分
人們如何尋找絕對零度
威廉·湯姆森提出一種溫標,其零點是熱運動的停止,步長取自攝氏度。當時寫作「°A」——absolute。
同樣的絕對零點思想,但採用華氏度的步長。它在美國熱工技術中留存至今:1 K = 1.8 °Ra。
克耳文曾是三相點溫度的 1/273.16——也就是說,它依賴於一種物質的性質及其同位素組成。
帶度符號和「度」字。1967 年廢止:克耳文不是度,而是擁有自身零點的基本單位。
克耳文擺脫了水,水卻仍在崗位上
透過水的三相點下定義有一個尷尬的細節:該點的溫度取決於同位素組成——重水的凝固與普通水不同,必須規定海洋水的參考組成。波茲曼常數固定之後,定義擺脫了任何物質;可在實務中,三相點容器依舊是主力:基準複現代價高昂,而那支水安瓿能把 273.16 K 複現到十分之一毫克耳文。
目錄 · 國際單位制
每個量一本護照
七個基本單位、二十二個有專名的導出單位,以及已停用體系的檔案。每個都是獨立的一頁:定義、量綱、換算、儀器、書寫規則。共 36 種語言。
基本單位
打開克耳文的護照有專名的導出單位
赤陶色——唯一透過克耳文定義的單位歷史體系
符號檔案護照語言
36 種語言。符號 K 與公式不翻譯——它們在所有語言版本中完全一致;翻譯的是描述、示例以及各文字的書寫規則。