Kelvin

Informace
kelvin
Celsius / Kelvin teploměr.
Systém	Mezinárodní systém ( základní jednotka )
Jednotka…	Termodynamická teplota
Symbol	K.
Eponym	William Thomson, lord Kelvin

Kelvin (symbol K , pojmenoval William Thomson řekl lord Kelvin) je SI základna jednotka z termodynamické teploty . Podle konvence jsou názvy jednotek běžnými názvy a jsou psány malými písmeny („kelvin“, nikoli „kelvin“).

Dokud 20. května 2019, Kelvin byla definována jako frakce 1 / 273.16 termodynamické teploty trojného bodu z vody (H 2 O), Variace teploty o 1 K je ekvivalentní variantě 1 ° C . Nová definice si klade za cíl respektovat tuto hodnotu, ale tím, že ji zakotví na pevné hodnotě Boltzmannovy konstanty .

Na rozdíl od stupně Celsia je kelvin absolutní mírou teploty, která byla zavedena díky třetímu principu termodynamiky . Teplota 0 K se rovná -273,15 ° C a odpovídá absolutní nule ( trojný bod vody je tedy při teplotě 0,01 ° C ).

Kelvinu, který není relativní mírou, na rozdíl od stupňů Celsia nebo Fahrenheita nikdy nepředchází slovo „stupeň“ nebo symbol „°“ .

Kelvinova teplotní stupnice

Celsiova teplotní stupnice je podle definice absolutní teplota původně posunutá o 273,15 K :

T _ {{\ mathrm {K}}} = T _ {{\ mathrm {C}}} + 273 {{,}} 15 \

$T _ {{\ mathrm {K}}}$ teplota v Kelvinech;
$T _ {{\ mathrm {C}}}$ teplota ve stupních Celsia .

Dedukujeme, že:

absolutní nula leží -273,15 ° C ;
teploty v Kelvinech nikdy nejsou záporné;
intervaly stupnice Celsia jsou stejné jako intervaly Kelvina.

Převrácená hodnota teploty je parametr, který se často vyskytuje ve vzorcích. Fyzici někdy používají parametr β, jako například:

\ beta = {\ frac {1} {k_ {B} T}} \

s v kelvinech a kde je Boltzmannova konstanta .

T

k_ {B} \

Převod na jiné jednotky

V praxi :

Kelvin ve stupních Celsia: ° C = K - 273,15
stupňů Celsia v Kelvinech: K = ° C + 273,15
Kelvin ve stupních Fahrenheita: ° F = K × 1,8 - 459,67
stupňů Fahrenheita v Kelvinech: K = (° F + 459,67) / 1,8

Tedy 0 ° C = 273,15 K, 1 ° C = 274,15 K atd.

Konstrukce jednotky Kelvin a důsledky

Od roku 1954 do roku 2019, jednotka teploty mezinárodního systému a jeho odvozené jednotky , určí mezinárodní úmluvy, jsou založeny na termodynamické teploty z trojného bodu vody, TH 2 O
T= 273,16 K :

kelvin (K):
- počátek: 0 K = absolutní nula ,
- hodnota: $T H 2 O T / 273,16$ (zlomek $1 / 273,16$ termodynamická teplota trojného bodu vody );
stupeň Celsia (° C):
- hodnota: shodná s Kelvinem (tj. teplotní rozdíl má stejnou hodnotu ve stupních Celsia a v Kelvinech),
- původ: 0 ° C = 273,15 K . Trojný bod vody má tedy přesně 0,01 ° C. Teplota tání ledu při atmosférickém tlaku je přibližně 0 ° C.

Frakce 1 / 273,16 je tedy způsobena volbou trojného bodu vody jako referenčního bodu a snahou definovat jednotku teploty, která umožní najít obvyklé teplotní intervaly spojené se starými teplotními stupnicemi. Ačkoli současná oficiální definice stupně Celsia je založena na definici kelvinu, druhá byla stanovena později.

Historicky referenčními body zvolenými pro konstrukci teplotních stupnic byly teplota tuhnutí vody, která definuje nulu, a teplota varu stanovená na 100. Tyto dva body tak definovaly stupnici Celsia, jejíž rozteč je jedna stotina teplotního rozdílu mezi tyto dva body. Tato teplotní stupnice byla dlouho zaměňována se stupnicí Celsia.

Pojem termodynamické teploty a implicitně pojmu absolutní teploty zavádí pojem absolutní nuly , což činí odkaz na dva body zbytečným. Postačuje jediný pevný referenční bod. Trojný bod vody, to znamená podmínky, ve kterých tři stavy (kapalina, pevná látka a plyn) vody koexistují , je bodem neměnné teploty a tlaku ( nulová odchylka ). Proto je základní pevný referenční bod, stabilnější než je teplota tuhnutí, například, která závisí na mnoha parametrech, a které mohou klesnout až na -38 ° C pro čistý přechlazeného vody .

Jakmile je tento referenční bod přijat, zbývá definovat interval jednoho kelvinu, který je stanoven takto: Kelvin je zlomek 1 / 273,16 termodynamické teploty trojného bodu vody .

To se zase stane referencí pro definici stupně Celsia. Výsledkem této reformy je, že se tato redukuje na stav jednotky odvozené z mezinárodního systému : jednotka teploty Celsia se podle definice rovná jednotce teploty kelvin, přičemž jakýkoli teplotní interval má ve dvou Jednotky.

Nicméně, vzhledem k této výběrové jednotce je bod varu vody při normálním atmosférickém tlaku není stanovena při 100 ° C, ale při 99.9839 ° C . Nicméně, tato volba vede k velmi malé mezery s hodnotou 100, udržuje aktuální definice body mrznutí a vody má teplotu varu při atmosférickém tlaku: asi 0 ° C až asi 100 ° C .

Přesně řečeno, pouze zastaralá stupnice Celsia stále přiřazuje přesné hodnotě 100 teplotě tohoto bodu varu.

V roce 2005 byla definice upřesněna stanovením izotopového složení vody, jejíž trojný bod se používá:

0,000 155 76 mol 2 H na mol 1 H ;
0,000 379 9 molů 17 O na mol 16 O;
0,002 005 2 mol 18 O na mol 16 O.

Toto složení je složením referenčního materiálu Mezinárodní agentury pro atomovou energii (IAEA), známého jako „ Ocean Water Vienna Standard Mean “ (VSMOW, anglicky Vienna Standard Mean Ocean Water ), než je doporučeno Mezinárodní unií čisté a aplikované Chemie (IUPAC).

V roce 2018 bylo rozhodnuto o nové definici jednotek mezinárodního systému .

Z 20. května 2019, v návaznosti na práci Mezinárodního výboru pro váhy a míry , se definice kelvinu zásadně mění. Namísto spoléhání se na změny stavu vody při definování měřítka se nová definice spoléhá na ekvivalentní energii danou Boltzmannovou rovnicí .

Nová definice Hodnota kelvin, K, je definován stanovením číselnou hodnotu Boltzmannova konstanta přesně 1,380 649 x 10 -23 J K -1 (nebo s -2 m 2 kg K -1 ).

Kelvin je tedy termodynamická změna teploty vyplývající ze změny tepelné energie z nebo jednotek akce, $h$ za sekundu . $kT$ ${\ displaystyle 1 380 \, 649 \ krát 10 ^ {- 23} \ mathrm {J}}$ ${\ displaystyle {\ frac {1 380 \, 649 \ krát 10 ^ {- 23}} {6 626 \, 070 \, 15 \ krát 10 ^ {- 34}}}}$

Násobek

Násobky a dílčí kelviny

10 N	Jednotka s předponou	Symbol	Číslo
10 24	yottakelvin	YK	Kvadrilion
10 21	zettakelvin	ZK	Trilliard
10 18	exakelvin	EK	Bilion
10 15	petakelvin	PK	Kulečník
10 12	terakelvin	TK	Bilion
10 9	gigakelvin	GK	Miliarda
10 6	mega-víno	MK	Milión
10 3	kilokelvin	kK	Tisíc
10 2	hectokelvin	hK	Sto
10 1	dekakelvin	daK	Deset
10 0	kelvin	K.	A
10 -1	decikelvin	dK	Desátý
10 −2	centikelvin	cK	Setina
10 -3	millikelvin	mK	Tisící
10 -6	mikrokelvin	μK	Millionth
10 -9	nanokelvin	nK	Miliarda
10 -12	picokelvin	pK	Miliarda
10 -15	femtokelvin	fK	Kulečník
10 -18	attokelvin	aK	Bilionth
10 -21	zeptokelvin	zK	Trilliardth
10 -24	yoktokelvin	yK	Quadrillionth

Jiné teplotní stupnice

Různé váhy se používají k měření na teploty : měřítko Newton (stanovený 1700), Romer (1701), F (1724), Reaumur (1731) Delisle (1738) Celsia (z C ) (1742), Rankine (1859), Kelvin ( 1848), Leyden (asi 1894?), Celsius (1948).

Porovnání teplotních stupnic

Teplota	kelvin	Celsia	Celsia (historické)	Původní Fahrenheit	Historický Fahrenheit	Moderní (aktuální) Fahrenheit	Rankine	Delisle	Newton	Reaumur	Rømer
Absolutní nula .	0	-273,15	-273,197			-459,67	0	559 725	-90,14	-218,52	-135,90
Nejnižší přirozená teplota zaznamenaná dálkovým průzkumem Země na povrchu Země (ne na místě ).	180,0	-93,2				-135,8	323,9	289,8	-30,8	-74,6	-41,4
Směs vody a Fahrenheita .				0
Původ moderní stupnice Celsia.	273,15	0				32	491,67	150	0	0	7.5
Teplota tání vody (při standardním tlaku ).	273 150 089 (10)	0,000 089 (10)	0	32	32	32 000 160 (18)	491 670 160 (18)	≈ 150	≈ 0	≈ 0	≈ 7.5
Teplota trojného bodu z vody .	273.1600 (1)	0,0100 (1)				32.0180 (18)
Průměrná teplota na povrchu Země.	288	15				59	518,67	127,5	4,95	12	15,375
Průměrná teplota lidského těla.	309,95	36.8				98,24	557,91	94,8	12 144	29,44	26,82
Nejvyšší přirozená teplota zaznamenaná na povrchu Země.	329,8	56.7				134	593,67	67.5	18.7	45.3	33,94
Teplota odpařování vody (při standardním tlaku ).	373 133 9	99,983 9	100	≈ 212	212	211 971	671 641	0	33	80	60
Teplota tání z titanu .	1994	1668				3034	3 494	-2352	550	1334	883
Odhadovaná teplota povrchu Slunce .	5 800	5526				9980	10 440	-8 140	1823	4 421	2,909
Některá čísla v této tabulce byla zaokrouhlena. Hodnoty uvedené tučně jsou ty, které jsou podle definice různých měřítek přesné (tj. Mají nekonečný počet platných číslic). „Kelvin“ je psán malými písmeny k, protože je jednotkou mezinárodního systému , přestože nese jméno Lord Kelvin . Nicméně, symbol je velké písmeno K . Zaznamenal satelitu v Antarktidě na10. srpna 2010. Moderní teplotní stupnice definované trojným bodem vody nastaveným na 0,01 ° C , výsledkem je, že přesně naměřená teplota tání vody je 0,000 089 (10) ° C. Zaznamenáno ve Furnace Creek ve Spojených státech 10. července 1913.

Poznámky a odkazy

Poznámky

Na druhou stranu je symbol kelvinu psán velkým písmenem, podle normy SI týkající se symbolu jednotek, jejichž jméno pochází od vlastního jména osoby. Malé písmeno k je také iniciálkou symbolu SI pro více jednotek v „kilo-“: km, kg atd. ; zejména symbol pro kilokelvin je kK.
Existují však velmi zvláštní případy, kdy mluvíme o záporných teplotách v K, například pro systémy s populační inverzí . Tato záporná teplota (T <0 K) však neodpovídá obvyklému pojmu teplé a studené. Tady je T derivát $T = \ vlevo ({\ frac {\ částečné U} {\ částečné S}} \ pravé) \!$
dlouhé měřítko zde používá, je referenční ve francouzsky mluvících zemích, zejména ve Francii, v Kanadě, jakož i obecně v Evropě (kromě Velké Británie). [Krátký rozsah používají především Spojené státy americké, Brazílie, Velká Británie a další anglicky mluvící země kromě Kanady.

Reference

jednotka termodynamické teploty (kelvin) , Mezinárodní úřad pro váhy a míry .
(in) „ Heterogenní nukleace ledu jsou atmosférické aerosoly: přehled výsledků laboratorních experimentů “ na atmos-chem-phys.net (přístup 8. května 2017).
(in) Thomas Peter , Athanasios Tsias , Beiping Luo a Thomas Koop , „ Aktivita vody jako determinant homogenní tvorby ledu ve vodných roztocích “ , Nature , sv. 406, n O 6796,srpna 2000, str. 611-614 ( ISSN 1476-4687 , DOI 10.1038 / 35020537 , číst online , přistupováno 6. září 2019 ).
CIPM PV 94, doporučení 2 CI-2005 , Mezinárodní úřad pro váhy a míry [PDF]
(in) JR Laeter JK Böhlke, P. De Bièvre, H. Hidaka, HS Peiser, KJR Rosman, PDP a Taylor (2003), Atomic Weights of the Elements: Review 2000 (IUPAC Technical Report) , Pure and Applied Chemistry, Sv. 75, č. 6, str. 683–800
Mathieu Grousson, „ Měření: velký obrat “ , na CNRS ,5. září 2018(zpřístupněno 28. září 2018 ) .
.
" Návrh usnesení A - 26 th zasedání GFCM (13-16 listopadu 2018) " [PDF] na Mezinárodní úřad pro míry a váhy , 13-16 listopadu 2018 (přístupné 14.ledna 2019 )
SI Brožura: Mezinárodní systém jednotek, 9. vydání ( číst online )
NASA, „ NASA identifikuje nejchladnější místo na Zemi “ , Le Figaro,11. prosince 2013(zpřístupněno 25. dubna 2015 ) .
komise pro klimatologii, „ Tisková zpráva n o 956 “ , Světová meteorologická organizace ,13. září 2012(zpřístupněno 26. září 2012 ) .