Kelvin: Introduzione
Una cella a triplo punto.
La temperatura è una delle misurazioni più importanti e onnipresenti nella vita umana. Per secoli, abbiamo continuamente migliorato i sistemi, le tecnologie, i metodi e le unità utilizzate per quantificarlo ed esprimerlo. Ora, la fase successiva di quel processo ha avuto luogo. Il kelvin (K) — l’unità di temperatura SI-ha ora una definizione radicalmente nuova.,
Nella vita quotidiana, la scala di temperatura Kelvin — dal nome del celebre fisico britannico Lord Kelvin (1824-1907) — raramente fa la sua comparsa. Le persone hanno più familiarità con le scale Fahrenheit e Celsius, che vengono utilizzate per le misurazioni della temperatura più pratiche, come le previsioni meteorologiche, la preparazione del cibo, la produzione, ecc. Storicamente, entrambe le scale centrano attorno a punti definiti come il punto di fusione del ghiaccio, la temperatura del corpo umano o il punto di ebollizione dell’acqua.
L’unità kelvin non è espressa in gradi come Celsius o Fahrenheit., È usato da solo per descrivere la temperatura. Ad esempio, ” il mercurio perde tutta la resistenza elettrica a una temperatura di 4,2 kelvin.”
Un cambiamento di un kelvin è la stessa quantità di cambiamento di temperatura di un grado Celsius, ma la scala Kelvin è” assoluta “nel senso che inizia allo zero assoluto, o quello che Kelvin e altri scienziati chiamavano” freddo infinito.”(0 K = -273.15 gradi C = -459.67 gradi F. Temperatura ambiente è di circa 70 gradi F, 21 gradi C o 294 K.,)
Il concetto di una scala di temperatura assoluta è potente; è diverso dalla semplice temperatura relativa, in cui si parla di oggetti più caldi o più freddi di qualcos’altro. La temperatura assoluta termodinamica di un oggetto fornisce informazioni su quanta energia media di movimento (energia cinetica) hanno i suoi atomi e molecole.
Un importante da parte: secondo la fisica classica del 19 ° secolo, il movimento si ferma completamente allo zero assoluto., Ma secondo la teoria quantistica introdotta nel 20 ° secolo, la materia ha un moto casuale a zero assoluto, chiamato “moto a punto zero”, grazie a un concetto quantistico noto come principio di indeterminazione di Heisenberg, che impone che la posizione e la quantità di moto di un oggetto non possono essere conosciute con completa certezza allo stesso tempo. Il moto del punto zero non è considerato moto termodinamico (termico) e quindi non fa parte della definizione di temperatura termodinamica, o assoluta. Allo zero assoluto l’unico movimento che esiste è il movimento quantomeccanico del punto zero.,
La scala Kelvin è ampiamente utilizzata nella scienza, in particolare nelle scienze fisiche. Nella vita di tutti i giorni, si incontra più spesso come la “temperatura del colore” di una lampada. Una lampadina a incandescenza vecchio stile, che emette luce giallastra, ha una temperatura di colore di circa 3.000 K. In altre parole, questo significa che il suo spettro giallastro assomiglia molto a ciò che un oggetto caldo a una temperatura di 3.000 K irradierebbe naturalmente., Una lampada con una temperatura di colore da 5.000 K a 5.600 K, che contiene più luce blu, è tipicamente etichettata come “luce diurna” o” spettro completo ” perché la temperatura della superficie del sole è di circa 5.800 K. Molte luci a LED recentemente disponibili rientrano in questo intervallo o vanno ancora più in alto.
Nel 1954, il kelvin fu definito come uguale alla frazione 1 2 273.16 della temperatura termodinamica del triplo punto dell’acqua—il punto in cui acqua, ghiaccio e vapore acqueo coesistono in equilibrio., Che è un prezioso riferimento comune, perché, per una precisa formulazione di acqua ad una determinata pressione, il punto triplo si verifica sempre alla stessa temperatura: 273.16 K.
Estrapolando dall’acqua punto triplo temperatura molto alta o molto bassa temperature è problematico; e così, da un accordo internazionale, altri 21 punti di definizione sono specificati, che vanno dal congelamento punto di elio per il punto di congelamento di rame.,
Tuttavia, il kelvin è stato ridefinito in termini di costante di Boltzmann, che mette in relazione la quantità di energia termodinamica in una sostanza con la sua temperatura. Quando il SI rivisto è stato approvato nel novembre 2018, la nuova definizione è diventata:
Il kelvin, simbolo K, è l’unità SI della temperatura termodinamica; la sua magnitudine è impostata fissando il valore numerico della costante di Boltzmann esattamente uguale a 1.380649 × 10-23…Jk-1.
Se sembra un boccone, non ti sbaglieresti!, Per comprendere al meglio il contesto e il significato di questa ridefinizione storica, è utile saperne di più sul passato, presente e futuro della misurazione della temperatura.