01 · 定义
开尔文是唯一从标度真正起点而非某个方便的零点开始度量温度的单位。也是唯一通过能量定义的单位:在 SI 中,温度就是热运动的能量,仅此而已。
自 2019 年起,开尔文由固定玻尔兹曼常数确定:k = 1.380 649·10⁻²³ 焦耳每开尔文。一开尔文是热能 kT 恰好变化 1.380 649·10⁻²³ 焦耳时的温度变化量。这条标度的零点不是约定,而是热运动停止的那一点。
不存在负的绝对温度:在 0 K 热运动停止。达到零点是不可能的——热力学第三定律。实验室纪录是 38 皮开尔文,但不是零。
02 · 换算
输入一个温度——护照将为您换算
开尔文是唯一适合使用 SI 词头的温标:制冷机里的毫开尔文,恒星里的兆开尔文。摄氏度和华氏度的零点是平移过的,因此既不接受词头也不接受相乘——只有平移与系数。
在实践中,温度并不由玻尔兹曼常数算出,而是对照 ITS-90 的固定点核定:水的三相点,锡、锌、银、金的凝固点——共十七个定值。
| 单位 | 名称 | 数值 | 出现在哪里 |
|---|---|---|---|
| µK | 微开尔文 | 2.95·10⁸ µK | 激光冷却、原子阱 |
| mK | 毫开尔文 | 295 000 mK | 制冷机、量子计算机 |
| K | 开尔文 | 295 K | SI 中温度的基本写法 |
| kK | 千开尔文 | 0.295 kK | 等离子体、电弧、恒星表面 |
| MK | 兆开尔文 | 2.95·10⁻⁴ MK | 恒星核心、聚变装置 |
SI 词头只适用于开尔文:摄氏度和华氏度的零点是平移过的,不对它们加词头
03 · 数量级
从皮开尔文到夸克—胶子等离子体室温,295 K
04 · 测量仪器
用什么测量开尔文
惰性气体中的声速与 kT 直接相关。玻尔兹曼常数本身在被固定之前,正是用这种基准方法测出的。
电阻中的约翰逊热噪声与 kT 成正比。从毫开尔文到数千开尔文都可工作,无需校准。
通过普朗克定律从辐射光谱读出温度——炉膛、浇铸中的金属和恒星表面就是这样测量的。
一支装水的安瓿,其中冰、水与蒸汽自行维持 273.16 K。传递温标的工作点,复现性达 0.1 mK。
05 · 书写规则
就写 K——不带度符号,也不带句点
「°K」这一记号于 1967 年被废止:开尔文不是度,而是独立的单位,因此写作 300 K。符号大写是因为它是姓氏;单位名称用小写书写:「三百开尔文」。SI 中温差用开尔文书写,即使温度本身以摄氏度给出。
06 · 相邻单位
开尔文与焦耳比邻而立——玻尔兹曼常数把二者直接连起来。摄氏度是唯一定义中含有开尔文的导出单位:步长相同,只是零点平移到 273.15 K。
室温下 kT ≈ 0.025 eV——这个值设定了半导体与化学反应的门槛。
07 · 历史部分
人们如何寻找绝对零度
威廉·汤姆孙提出一种温标,其零点是热运动的停止,步长取自摄氏度。当时写作「°A」——absolute。
同样的绝对零点思想,但采用华氏度的步长。它在美国热工技术中留存至今:1 K = 1.8 °Ra。
开尔文曾是三相点温度的 1/273.16——也就是说,它依赖于一种物质的性质及其同位素组成。
带度符号和「度」字。1967 年废止:开尔文不是度,而是拥有自身零点的基本单位。
开尔文摆脱了水,水却仍在岗位上
通过水的三相点下定义有一个尴尬的细节:该点的温度取决于同位素组成——重水的凝固与普通水不同,必须规定海洋水的参考组成。玻尔兹曼常数固定之后,定义摆脱了任何物质;可在实践中,三相点容器依旧是主力:基准复现代价高昂,而那支水安瓿能把 273.16 K 复现到十分之一毫开尔文。
目录 · 国际单位制
每个量一本护照
七个基本单位、二十二个有专名的导出单位,以及已停用体系的档案。每个都是独立的一页:定义、量纲、换算、仪器、书写规则。共 36 种语言。
基本单位
打开开尔文的护照有专名的导出单位
赤陶色——唯一通过开尔文定义的单位历史体系
符号档案护照语言
36 种语言。符号 K 与公式不翻译——它们在所有语言版本中完全一致;翻译的是描述、示例以及各文字的书写规则。