Kelvin: wprowadzenie
potrójna komórka punktowa.
temperatura jest jednym z najważniejszych i wszechobecnych pomiarów w życiu człowieka. Od wieków nieustannie udoskonalamy systemy, technologie, metody i jednostki używane do kwantyfikacji i wyrażania. Teraz nastąpił kolejny etap tego procesu. Kelwin (K) – jednostka temperatury SI-ma teraz radykalnie nową definicję.,
w życiu codziennym Skala temperatury Kelvina — nazwana na cześć słynnego brytyjskiego fizyka Lorda Kelvina (1824-1907) — rzadko pojawia się. Ludzie są bardziej zaznajomieni ze skalami Fahrenheita i Celsjusza, które są używane do najbardziej praktycznych pomiarów temperatury, takich jak prognozy pogody, przygotowanie żywności, produkcja itp. Historycznie obie wagi skupiają się wokół określonych punktów, takich jak temperatura topnienia lodu, temperatura ludzkiego ciała lub temperatura wrzenia wody.
Jednostka Kelvina nie jest wyrażona w stopniach takich jak Celsjusz czy Fahrenheit., Jest on używany przez siebie do opisu temperatury. Na przykład „rtęć traci wszelkie opory elektryczne w temperaturze 4,2 Kelvina.”
zmiana jednego kelvina to taka sama zmiana temperatury jak jeden stopień Celsjusza, ale skala Kelvina jest ” absolutna „w tym sensie, że zaczyna się od zera bezwzględnego, lub co Kelvin i inni naukowcy nazwali” nieskończonym zimnem.”(0 K = -273.15 stopni C = -459.67 stopni F. Temperatura pokojowa wynosi około 70 stopni F, 21 stopni C lub 294 K.,)
pojęcie absolutnej skali temperatury jest potężne, różni się od zwykłej temperatury względnej, w której mówi się o tym, że obiekty są gorętsze lub zimniejsze od czegoś innego. Absolutna, termodynamiczna Temperatura obiektu dostarcza informacji o średniej energii ruchu (energii kinetycznej) jego atomów i cząsteczek.
ważna uwaga: zgodnie z klasyczną, XIX-wieczną fizyką, ruch całkowicie zatrzymuje się na poziomie zera absolutnego., Ale zgodnie z teorią kwantową wprowadzoną w XX wieku, Materia ma losowy ruch przy zerze absolutnym, zwany „ruchem punktu zerowego”, dzięki kwantowej koncepcji znanej jako zasada nieoznaczoności Heisenberga, która nakazuje, że pozycja i pęd obiektu nie mogą być znane z całkowitą pewnością w tym samym czasie. Ruch punktu zerowego nie jest uważany za ruch cieplny (termiczny), a zatem nie jest częścią definicji temperatury termodynamicznej lub absolutnej. W przypadku zera bezwzględnego jedynym ruchem, który istnieje, jest kwantowo-mechaniczny ruch punktu zerowego.,
skala Kelvina jest szeroko stosowana w nauce, szczególnie w naukach fizycznych. W życiu codziennym najczęściej spotykana jest jako „temperatura barwowa” lampy. Staromodna żarówka, która emituje żółtawe światło, ma temperaturę barwową około 3000 K. innymi słowy, oznacza to, że jej żółtawe widmo bardzo przypomina to, co gorący obiekt w temperaturze 3000 K naturalnie promieniuje., Lampa o temperaturze barwowej od 5000 K do 5600 K, która zawiera więcej niebieskiego światła, jest zwykle oznaczona jako „światło dzienne” lub „Pełne widmo”, ponieważ temperatura powierzchni Słońca wynosi około 5800 K. wiele nowo dostępnych świateł LED mieści się w tym zakresie lub jest jeszcze wyższa.
w 1954 roku kelwin został zdefiniowany jako równy ułamkowi 1⁄273,16 temperatury termodynamicznej potrójnego punktu wody—punktu, w którym woda, lód i para wodna współistnieją w równowadze., Jest to cenne wspólne odniesienie, ponieważ dla Precyzyjnego sformułowania wody pod określonym ciśnieniem, punkt potrójny zawsze występuje w dokładnie tej samej temperaturze: 273.16 K.
ekstrapolacja z temperatury punktu potrójnego wody do bardzo wysokiej lub bardzo niskiej temperatury jest problematyczna; tak więc, na mocy międzynarodowego porozumienia, określono 21 innych punktów definiujących, począwszy od punktu zamarzania Helu do punktu zamarzania miedzi.,
jednak kelwin został przedefiniowany pod względem stałej Boltzmanna, która odnosi ilość energii termodynamicznej w substancji do jej temperatury. Kiedy w listopadzie 2018 r. zatwierdzono zmienione SI, nowa definicja brzmiała:
kelwin, symbol K, jest jednostką si temperatury termodynamicznej; jego wielkość jest ustalana przez ustalenie wartości liczbowej stałej Boltzmanna na równą dokładnie 1,380649 × 10-23…J K-1.
gdyby to brzmiało jak kęs, nie myliłbyś się!, Aby jak najlepiej zrozumieć kontekst i znaczenie tej historycznej redefinicji, warto dowiedzieć się więcej o przeszłości, teraźniejszości i przyszłości pomiaru temperatury.