Открыть сервисСервис
Главная → Блог → Кельвин — единица измерения температуры

Кельвин — единица измерения температуры

Кельвин (обозначение: K) — единица измерения термодинамической температуры в Международной системе единиц (СИ), одна из семи основных единиц СИ. Названа в честь шотландско-ирландского физика Уильяма Томсона, ставшего лордом Кельвином. В отличие от градуса Цельсия и градуса Фаренгейта, кельвин не является «градусом»: он пишется без знака градуса и без наращения, то есть правильно писать «300 K», а не «300 °K».

История

Идея абсолютной температурной шкалы, начало которой соответствует полному отсутствию теплоты, была высказана Уильямом Томсоном (1824–1907) в 1848 году. Томсон предложил шкалу, независимую от свойств конкретного вещества, в отличие от градусов Цельсия и Фаренгейта, привязанных к точкам замораживания и кипения воды. Нулевой точкой абсолютной шкалы он сделал температуру, при которой, согласно тогдашним представлениям, прекращалось бы тепловое движение молекул.

В 1859 году Уильям Джон Маккуорн Рэнкин предложил собственную абсолютную шкалу, совпадавшую с кельвинской по величине градуса, но отсчитываемую от абсолютного нуля в градусах Фаренгейта. В англоязычной литературе эта шкала известна как «градус Рэнкина».

В 1954 году XI Генеральная конференция по мерам и весам (ГКМВ) определила кельвин через тройную точку воды, установив её значение равным 273,16 K. Тройная точка — состояние, в котором вода сосуществует одновременно в трёх фазах: твёрдой, жидкой и газообразной. В 1967 году XII ГКМВ официально утвердила название «кельвин» вместо «градус Кельвина» и сокращение «K» вместо «°K». В 2005 году ГКМВ уточнила определение, указав, что тройная точка воды относится к воде, состоящей из одного изотопа — водорода-1 и кислорода-16.

Переопределение 2019 года

16 ноября 2018 года, с 20 мая 2019 года, в силу вступило новое определение кельвина, основанное на фиксированных значениях фундаментальных физических констант. Согласно нему, единичный интервал температуры ΔT = 1 K соответствует изменению энергии теплового движения k·ΔT = 1,380649 × 10⁻²³ Дж, где k — постоянная Больцмана, зафиксированная точно равной 1,380649 × 10⁻²³ Дж/К. Это определение отказалось от привязки к свойствам воды и сделало кельвин воспроизводимым на основе фундаментальных констант при любых значениях температуры, включая экстремально низкие.

Связь с другими шкалами

Кельвиновая шкала совпадает по величине градуса со шкалой Цельсия, но смещена относительно неё на 273,15 единицы. Нулевые точки связаны соотношением: 0 °C = 273,15 K. Перевод между шкалами выполняется по формулам:

  • t (°C) = T (K) − 273,15
  • T (K) = t (°C) + 273,15

Абсолютный ноль (0 K) соответствует −273,15 °C. Шкала Фаренгейта связана с кельвином соотношением: T (K) = (t (°F) + 459,67) × 5/9.

Абсолютный ноль

Абсолютный ноль — нижняя граница термодинамической температуры, при которой энтропия идеального кристалла обращается в ноль (третий закон термодинамики). Достижимость абсолютного нуля в принципе исключена: согласно квантовой механике, система при нулевой температуре обнулила бы свою энергию, что противоречило бы принципу неопределённости Гейзенберга. На практике физики достигают температур порядка нескольких нанокельвинов, используя методы охлаждения лазерами и адиабатного размагничивания.

Применение

Кельвин используется во всех областях науки и техники, где требуется абсолютная температура: в термодинамике, физике конденсированного состояния, астрофизике, химии. Температура космического реликтового излучения составляет 2,725 K. Температура поверхности Солнца — около 5778 K, центра Солнца — около 15,7 млн K. В промышленности и повседневной жизни в России, как и в большинстве стран мира, основной шкалой остаётся Цельсий, однако во всех научных публикациях и расчётах используется кельвин.

См. также

  • Градус Фаренгейта
  • Тройная точка воды
  • Постоянная Больцмана
  • Абсолютный ноль
  • Международная система единиц (СИ)

Источники:

Похожие материалы

Заметили ошибку или не согласны с информацией в статье? Напишите нам support@bfometr.ru