Kelvin: Introduction
a triple-point cell.
temperatuur is een van de belangrijkste en alomtegenwoordige metingen in het menselijk leven. Eeuwenlang hebben we voortdurend de systemen, technologieën, methoden en eenheden verbeterd die worden gebruikt om het te kwantificeren en uit te drukken. De volgende fase van dat proces heeft plaatsgevonden. De kelvin (K) – de SI-eenheid van temperatuur-heeft nu een radicaal nieuwe definitie.,in het dagelijks leven komt de Kelvin temperatuurschaal — vernoemd naar de beroemde Britse natuurkundige Lord Kelvin (1824-1907) — zelden voor. Mensen zijn meer bekend met de Fahrenheit en Celsius schalen, die worden gebruikt voor de meeste praktische Temperatuurmetingen, zoals in weersvoorspellingen, voedselbereiding, productie, enz. Historisch gezien centreren beide schalen rond bepaalde punten zoals het smeltpunt van ijs, de temperatuur van het menselijk lichaam of het kookpunt van water.
de kelvin-eenheid wordt niet uitgedrukt in graden zoals Celsius of Fahrenheit zijn., Het wordt op zichzelf gebruikt om de temperatuur te beschrijven. Bijvoorbeeld, ” kwik verliest alle elektrische weerstand bij een temperatuur van 4,2 Kelvin.”
een verandering van één kelvin is dezelfde hoeveelheid temperatuurverandering als één graad Celsius, maar de Kelvin schaal is” absoluut “in de zin dat het begint bij het absolute nulpunt, of wat Kelvin en andere wetenschappers “oneindige koude” noemden.”(0 K = -273,15 graden C = -459,67 graden F. kamertemperatuur is ongeveer 70 graden F, 21 graden C of 294 K.,)
het concept van een absolute temperatuurschaal is krachtig; het is anders dan gewoon relatieve temperatuur, waarin objecten worden gesproken over warmer of kouder dan iets anders. De absolute, thermodynamische temperatuur van een object geeft informatie over hoeveel gemiddelde bewegingsenergie (kinetische energie) zijn atomen en moleculen hebben.
een belangrijke terzijde: volgens de klassieke 19de-eeuwse fysica stopt beweging volledig bij het absolute nulpunt., Maar volgens de kwantumtheorie die in de 20ste eeuw werd geïntroduceerd, heeft materie wel willekeurige beweging bij absoluut NUL, “nulpuntbeweging” genoemd, dankzij een kwantumconcept dat bekend staat als het onzekerheidsprincipe van Heisenberg, dat dicteert dat de positie en het momentum van een object niet tegelijkertijd met volledige zekerheid kunnen worden gekend. De nulpuntsbeweging wordt niet beschouwd als warmte-aangedreven (thermische) beweging en maakt dus geen deel uit van de definitie van thermodynamische of absolute temperatuur. Bij het absolute nulpunt is de enige beweging die bestaat de kwantummechanische nulpuntbeweging.,
De Kelvin-schaal wordt op grote schaal gebruikt in de wetenschap, met name in de natuurwetenschappen. In het dagelijks leven wordt het meestal aangetroffen als de “kleurtemperatuur” van een lamp. Een ouderwetse gloeilamp, die gelig licht uitstraalt, heeft een kleurtemperatuur van ongeveer 3.000 K. anders gezegd, dit betekent dat zijn gelige spectrum sterk lijkt op wat een heet object bij een temperatuur van 3.000 K van nature zou uitstralen., Een lamp met een kleurtemperatuur van 5.000 K tot 5.600 K, die meer blauw licht bevat, wordt doorgaans aangeduid als “daglicht ” of” volledig spectrum ” omdat de temperatuur van het oppervlak van de zon ongeveer 5.800 K. veel nieuw verkrijgbare LED-lampen vallen binnen dit bereik of gaan nog hoger. in 1954 werd de kelvin gedefinieerd als de fractie 1 ⁄ 273,16 van de thermodynamische temperatuur van het driepunt van water—het punt waarop water, ijs en waterdamp in evenwicht naast elkaar bestaan., Dat is een waardevolle gemeenschappelijke referentie omdat, voor een nauwkeurige formulering van water bij een specifieke druk, het driepunt altijd bij precies dezelfde temperatuur plaatsvindt: 273.16 K.
extrapoleren van de driepuntstemperatuur van het water naar zeer hoge of zeer lage temperaturen problematisch is; dus, volgens internationale overeenkomst, worden 21 andere definiërende punten gespecificeerd, variërend van het vriespunt van helium tot het vriespunt van koper.,
kelvin is echter opnieuw gedefinieerd in termen van de Boltzmann-constante, die de hoeveelheid thermodynamische energie in een stof relateert aan de temperatuur. Toen de herziene SI In November 2018 werd goedgekeurd, werd de nieuwe definitie:
kelvin, symbool K, is de SI-eenheid van de thermodynamische temperatuur; de magnitude wordt bepaald door de numerieke waarde van de Boltzmann-constante gelijk te stellen aan precies 1,380649 × 10-23…J K-1.
als dat lijkt op een mondvol, zou je niet verkeerd zijn!, Om de context en betekenis van deze historische herdefinitie zo goed mogelijk te begrijpen, is het handig om meer te weten te komen over het verleden, heden en de toekomst van het meten van temperatuur.