Kelvin: introduktion
en trepunktscell.
temperaturen är en av de viktigaste och allestädes närvarande mätningarna i människans liv. I århundraden har vi kontinuerligt förbättrat de system, tekniker, metoder och enheter som används för att kvantifiera och uttrycka det. Nu har nästa steg i denna process ägt rum. Kelvin (K) — si-temperaturenheten-har nu en radikalt ny definition.,
i det dagliga livet gör Kelvin — temperaturskalan — uppkallad efter den berömda brittiska fysikern Lord Kelvin (1824-1907) – sällan ett utseende. Människor är mer bekanta med Fahrenheit och Celsius skalor, som används för de flesta praktiska temperaturmätningar, såsom i väderprognoser, matlagning, tillverkning, etc. Historiskt sett centrerar båda skalorna runt definierade punkter som smältpunkten för is, människokroppens temperatur eller kokpunkten för vatten.
kelvin-enheten uttrycks inte i grader som Celsius eller Fahrenheit är., Det används av sig själv för att beskriva temperaturen. Till exempel ”kvicksilver förlorar all elektrisk resistans vid en temperatur av 4,2 kelviner.”
en förändring av en kelvin är samma mängd temperaturförändring som en grad Celsius, men Kelvinskalan är” absolut ”i den meningen att den börjar vid absolut noll, eller vad Kelvin och andra forskare kallade” oändlig förkylning.”(0 K = -273.15 grader C = -459.67 grader F. rumstemperatur är ca 70 grader varmt, 21 grader C eller 294 K.,)
konceptet med en absolut temperaturskala är kraftfull; det är annorlunda än bara relativ temperatur, där objekt talas om att vara varmare eller kallare än något annat. Objektets absoluta termodynamiska temperatur ger information om hur mycket genomsnittlig rörelseenergi (kinetisk energi) dess atomer och molekyler har.
en viktig sida: enligt klassisk 1800-talsfysik stannar rörelsen helt vid absolut noll., Men enligt kvantteorin som introducerades på 1900-talet har Materia slumpmässig rörelse vid absolut noll, kallad ”nollpunktsrörelse”, tack vare ett kvantkoncept som kallas Heisenbergs osäkerhetsprincip, vilket dikterar att positionen och drivkraften hos ett objekt inte kan vara känt med fullständig säkerhet samtidigt. Nollpunktsrörelsen anses inte vara värmedriven (termisk) rörelse och är därför inte en del av definitionen av termodynamisk eller absolut temperatur. Vid absolut noll är den enda rörelse som finns kvantmekanisk nollpunktsrörelse.,
Kelvinskalan används i stor utsträckning inom vetenskap, särskilt inom fysik. I vardagen förekommer det oftast som lampans ”färgtemperatur”. En gammaldags glödlampa, som sätter ut gulaktigt ljus, har en färgtemperatur på cirka 3000 K. sätt ett annat sätt, det betyder att dess gulaktiga spektrum liknar vad ett hett föremål vid en 3,000 K-temperatur naturligt skulle utstråla., En lampa med en färgtemperatur på 5,000 K till 5,600 K, som innehåller mer blått ljus, är vanligtvis märkt ”dagsljus” eller ”full spectrum” eftersom temperaturen på solens yta är ca 5,800 K. Många nyligen tillgängliga LED-lampor faller inom detta område eller går ännu högre.
år 1954 definierades kelvin som lika med fraktionen 1 273.16 av den termodynamiska temperaturen i trippelpunkten av vatten—den punkt där vatten, is och vattenånga samexisterar i jämvikt., Det är en värdefull gemensam referens eftersom trippelpunkten för en exakt formulering av vatten vid ett visst tryck alltid sker vid exakt samma temperatur: 273.16 K.
extrapolering från trepunktstemperaturen i vattnet till mycket höga eller mycket låga temperaturer är problematisk.,
kelvinen har dock omdefinierats i form av Boltzmannkonstanten, som relaterar mängden termodynamisk energi i ett ämne till dess temperatur. När den reviderade SI godkändes i November 2018 blev den nya definitionen:
kelvin, symbol K, är SI-enheten för termodynamisk temperatur; dess storlek ställs in genom att fastställa Boltzmanns Konstants numeriska värde för att vara lika med exakt 1.380649 × 10-23…J K-1.
om det verkar som en munsbit, skulle du inte ha fel!, För att bäst förstå sammanhanget och betydelsen av denna historiska omdefiniering är det bra att lära sig mer om det förflutna, nutiden och framtiden för mätning av temperatur.