Kelvin:Introduction
温度は、人間の生活の中で最も重要かつユビキタスな測定値の一つです。 何世紀にもわたって、私たちはそれを定量化し表現するために使用されるシステム、技術、方法、単位を継続的に改善してきました。 さて、そのプロセスの次の段階が行われました。 温度のSI単位であるケルビン(K)は、今や根本的に新しい定義を持っています。,
日常生活の中で、有名な英国の物理学者ケルビン卿(1824-1907)にちなんで名付けられたケルビン温度スケールはめったに登場しません。 人々は、天気予報、食品の準備、製造などの最も実用的な温度測定に使用される華氏および摂氏スケールにもっと精通しています。 歴史的に、両方のスケールは氷の融点、人体の温度または水の沸点のような定義されたポイントのまわりで中心になります。
ケルビン単位は摂氏または華氏のような度で表されません。, これは、温度を記述するために単独で使用されます。 たとえば、”水銀は4.2ケルビンの温度ですべての電気抵抗を失います。”
一つのケルビンの変化は、一つの摂氏温度と同じ量の温度変化ですが、ケルビンスケールは、それが絶対ゼロから始まるという意味で”絶対”である、またはケルビンや他の科学者が”無限の寒さ”と呼んだものです。”(0K=-273.15の摂氏温度=-459.67の摂氏温度は約70の摂氏温度、21の摂氏温度または294K.です。,絶対温度スケールの概念は強力です;それは単に相対温度とは異なり、オブジェクトが他のものよりも暑いか寒いことについて話されています。 オブジェクトの絶対的な熱力学的温度は、その原子や分子が持つ運動の平均エネルギー(運動エネルギー)の量に関する情報を提供します。
重要なことは、古典的な19世紀の物理学によれば、運動は絶対零度で完全に停止する。, しかし、20世紀に導入された量子論によれば、物質は”ゼロ点運動”と呼ばれる絶対零度でランダムな運動を持っています。ハイゼンベルクの不確定性原理として知られている量子概念のおかげで、物体の位置と運動量は同時に完全に確実に知ることができないということが定められています。 ゼロ点運動は、熱駆動(熱)運動とはみなされず、したがって、熱力学的または絶対温度の定義の一部ではない。 絶対零度で存在する唯一の運動は量子力学的なゼロ点運動である。,
ケルビンスケールは、科学、特に物理科学で広く使用されています。 日常生活では、ランプの”色温度”として最も頻繁に遭遇します。 黄色がかった光を出す昔ながらの白熱電球は、約3,000kの色温度を持っています別の言い方をすると、これはその黄色のスペクトルが密接に3,000kの温度で熱いオブジェクトが自然に放射するものに似ていることを意味します。, より青いライトを含んでいる5,000Kから5,600Kの色温度のランプは太陽の表面の温度が約5,800Kであるので普通”日光”か”完全なスペクトル”と分類さ
1954年に、ケルビンは水、氷および水蒸気が平衡において共存する点である水の三重点の熱力学的温度の1÷273.16に等しいと定義された。, なぜなら、特定の圧力で水を正確に定式化するためには、三重点は常にまったく同じ温度で起こるからである:273.16K
水の三重点温度から非常に高いまたは非常に低い温度に外挿することは問題であり、国際的な合意によって、ヘリウムの凝固点から銅の凝固点までの21の定義点が指定されているからである。,
しかし、ケルビンは、物質中の熱力学的エネルギーの量をその温度に関連付けるボルツマン定数によって再定義されている。 2018年に改訂されたSIが承認されたとき、新しい定義は次のようになった:
ケルビン、記号Kは熱力学的温度のSI単位であり、その大きさはボルツマン定数の数値を正確に1.380649×10-23に等しく固定することによって設定される。..J K-1.
それが一口のように思えるなら、あなたは間違っていないでしょう!, この歴史的な再定義の文脈と意義を最もよく理解するためには、温度測定の過去、現在、未来についてもっと学ぶことが役立ちます。