Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с Gigakelvin )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эта статья о единицах измерения температуры. Для использования в других целях, см Кельвин (значения) .

Кельвин
Система единицБазовая единица СИ
ЕдиницаТемпература
СимволK
Названный в честьУильям Томсон, первый барон Кельвин

Кельвин является базовым блоком от температуры в Международной системе единиц (СИ), имеющий символ единицы К. Он назван в честь Belfast рожденного университета Глазго инженера и физика Уильяма Томсона, первый барон Кельвина (1824-1907).

Кельвин теперь определяется путем фиксирования числового значения постоянной Больцмана k равным 1,380 649 × 10 −23 Дж⋅K −1 . Следовательно, один кельвин равен изменению термодинамической температуры T, которое приводит к изменению тепловой энергии kT на 1,380 649 × 10 −23 Дж. [1]

Шкала Кельвина соответствует требованиям Томсона как абсолютной термодинамической шкале температуры . В качестве нулевой точки используется абсолютный ноль (т.е. низкая энтропия ). Соотношение между шкалами Кельвина и Цельсия составляет T K = t ° C + 273,15. По шкале Кельвина чистая вода замерзает при 273,15 К, а кипит при 373,15 К.

В отличие от градуса Фаренгейта и градуса Цельсия , кельвин не упоминается и не записывается как градус . Кельвин - основная единица измерения температуры в физических науках, но часто используется вместе с градусом Цельсия, который имеет ту же величину.

История [ править ]

Смотрите также: Термодинамическая температура § История
Лорд Кельвин , тезка подразделения

В 1848 году Уильям Томсон, позже получивший титул лорда Кельвина , написал в своей статье « Об абсолютной термометрической шкале» о необходимости шкалы, в которой «бесконечный холод» (абсолютный ноль) был нулевой точкой шкалы, и в которой использовались градусы Цельсия. для его приращения единицы. Кельвин подсчитал, что абсолютный ноль равнялся -273 ° C на воздушных термометрах того времени. [2] Эта абсолютная шкала известна сегодня как термодинамическая температурная шкала Кельвина. Значение Кельвина «-273» было отрицательной обратной величиной 0,00366 - принятого коэффициента расширения газа на градус Цельсия относительно точки льда, что дает замечательную согласованность с принятым в настоящее время значением.

В 1954 году Резолюция 3 10-й Генеральной конференции по мерам и весам (CGPM) дала шкале Кельвина ее современное определение, обозначив тройную точку воды в качестве второй определяющей точки и присвоив ее температуре ровно 273,16 кельвина. [3]

В 1967/1968 г. Постановление 3 13-го ГКГМ переименовало единицу приращения термодинамической температуры «кельвин», символ K, заменив «градус Кельвина», символ ° K. [4] Кроме того, считая полезным более четко определить величину приращения единицы измерения, 13-й CGPM также постановил в Резолюции 4, что «Кельвин, единица термодинамической температуры, равен доле1/273,16термодинамической температуры тройной точки воды » [5]

В 2005 году Международный комитет Poids et Mesures (CIPM), комитет CGPM, подтвердил, что для целей определения температуры тройной точки воды определение термодинамической температурной шкалы Кельвина будет относиться к воде, имеющей изотопный состав указан как Венский стандарт средней океанской воды . [6]

16 ноября 2018 года было принято новое определение фиксированного значения постоянной Больцмана . С этим изменением тройная точка воды стала эмпирически определенным значением примерно 273,16 кельвина. Для целей законодательной метрологии новое определение официально вступило в силу 20 мая 2019 г., в 144-ю годовщину Метрической конвенции . [7]

Соглашения об использовании [ править ]

Согласно Международному бюро мер и весов , когда произносится или произносится по буквам, единица имеет форму множественного числа с использованием тех же грамматических правил, что и для других единиц СИ, таких как вольт или ом (например, «... тройная точка воды точно равна 273,16. кельвинов » [8] ). Когда делается ссылка на « шкалу Кельвина », слово «кельвин», которое обычно является существительным, действует адъективно, изменяя существительное «шкала», и пишется с заглавной буквы. Как и в случае с большинством других символов единиц СИ (исключение составляют символы угла, например 45 ° 3 '4 ″), между числовым значением и символом кельвина есть пробел (например, «99,987 K»).[9] [10] (Руководство по стилю дляЦЕРН , однако, специально рекомендует всегда использовать «кельвин», даже во множественном числе.) [11]

До 13-го CGPM в 1967–1968 единица измерения кельвина называлась «градусом», как и другие температурные шкалы того времени. Его отличали от других шкал либо суффиксом прилагательного «Кельвин» («градус Кельвина»), либо «абсолютным» («абсолютным градусом»), а его символом было ° K. Последний термин (абсолютная степень), который был официальным названием единицы с 1948 по 1954 год, был неоднозначным, поскольку его также можно было интерпретировать как относящийся к шкале Ренкина . До 13-го CGPM форма множественного числа была «абсолютные степени». 13-я CGPM изменила название единицы на просто «кельвин» (символ: K). [12]Отсутствие «степени» указывает на то, что она не относится к произвольной контрольной точке, такой как шкала Цельсия и Фаренгейта (хотя шкала Ренкина продолжала использовать «градус Ренкина»), а скорее абсолютная единица измерения, которой можно манипулировать алгебраически ( например, умноженное на два, чтобы указать удвоенное количество «средней энергии», доступной среди элементарных степеней свободы системы). [ необходима цитата ]

Новое определение 2019 года [ править ]

Основные статьи: 2019 новое определение базовых единиц СИ и CODATA 2018

В 2005 году CIPM приступил к программе по пересмотру определения кельвина (наряду с другими единицами СИ) с использованием более экспериментально строгой методологии. В частности, комитет предложил переопределить кельвин таким образом, чтобы постоянная Больцмана принимала точное значение1,380 6505 × 10 -23  Дж / К . [13] Комитет надеялся, что программа будет завершена вовремя для ее принятия CGPM на заседании 2011 года, но на заседании 2011 года решение было отложено до заседания 2014 года, когда оно будет рассматриваться как часть более крупной программы. . [14]

Переопределение было отложено в 2014 году в ожидании более точных измерений постоянной Больцмана с точки зрения текущего определения [15], но, наконец, было принято на 26-й конференции CGPM в конце 2018 года со значением k  = 1,380 649 × 10 -23  Дж / К . [13] [16]

С научной точки зрения главное преимущество состоит в том, что это позволит проводить более точные измерения при очень низких и очень высоких температурах, поскольку используемые методы зависят от постоянной Больцмана. У него также есть философское преимущество, заключающееся в независимости от какой-либо конкретной субстанции. Единица Дж / К равна кг⋅м 2 ⋅с −2 ⋅K −1 , где килограмм , метр и секунда определены в терминах постоянной Планка , скорости света и продолжительности действия цезия-133. сверхтонкий переход основного состояния соответственно. [17]Таким образом, это определение зависит только от универсальных констант , а не от каких-либо физических артефактов, как практиковалось ранее, таких как Международный прототип килограмма , масса которого со временем отклонилась от исходного значения. Задача заключалась в том, чтобы избежать снижения точности измерений вблизи тройной точки. С практической точки зрения переопределение останется незамеченным; вода по-прежнему будет замерзать при температуре 273,15 К (0 ° C) [18], и тройная точка воды будет по-прежнему широко используемой лабораторной эталонной температурой.

Разница в том, что до переопределения тройная точка воды была точной, а постоянная Больцмана имела измеренное значение 1,380 649 03 (51) × 10 −23  Дж / К , с относительной стандартной неопределенностью3,7 × 10 −7 . [16] После этого постоянная Больцмана становится точной, и неопределенность переносится на тройную точку воды, которая теперь273.1600 (1) К .

Практическое использование [ править ]

Формулы преобразования температуры Кельвина
от кельвиновв кельвины
Цельсия[° C] = [K] - 273,15[К] = [° C] + 273,15
По Фаренгейту[° F] = [K] ×  9 ⁄ 5  - 459,67[K] = ([° F] + 459,67) ×  5 ⁄ 9
Ренкин[° R] = [K] ×  9 ⁄ 5[K] = [° R] ×  5 ⁄ 9
Для температурных интервалов, а не конкретных температур,
1 K = 1 ° C = 9 ⁄ 5  ° F = 9 ⁄ 5  ° R Сравнение различных температурных шкал

Цветовая температура [ править ]

См. Также: Постоянная Стефана – Больцмана

Кельвин часто используется как мера цветовой температуры источников света. Цветовая температура основана на том принципе, что излучатель черного тела излучает свет с частотным распределением, характерным для его температуры. Черные тела при температуре ниже примерно4000 K кажутся красноватыми, тогда как те, что указаны выше7500 K кажутся голубоватыми. Цветовая температура важна в областях проецирования изображений и фотографии , где цветовая температура составляет приблизительно5600 К требуется для соответствия пленочным эмульсиям "дневного света". В астрономии , то звездная классификация звезд и их место на диаграмме Герцшпрунга-Рассел основана, в частности, от их поверхностной температуры, известной как эффективная температура . Фотосфера Солнца , например, имеет эффективную температуру5778 K .

Цифровые камеры и фотографическое программное обеспечение часто используют цветовую температуру в K в меню редактирования и настройки. Простое руководство заключается в том, что более высокая цветовая температура дает изображение с усиленными белыми и синими оттенками. Снижение цветовой температуры приводит к тому, что в изображении преобладают красноватые, «более теплые» цвета .

Кельвин как единица шумовой температуры [ править ]

Основная статья: Коэффициент шума

В электронике кельвин используется как индикатор того, насколько шумна цепь по отношению к предельному уровню шума , то есть температуре шума . Так называемый шум Джонсона – Найквиста дискретных резисторов и конденсаторов представляет собой тип теплового шума, полученного из постоянной Больцмана, и может использоваться для определения шумовой температуры цепи с использованием формул Фрииса для шума .

Символ Юникода [ править ]

Символ кодируется в Юникоде в кодовой точке U + 212A K KELVIN SIGN . Однако это символ совместимости, предусмотренный для совместимости с устаревшими кодировками. Стандарт Unicode рекомендует вместо этого использовать U + 004B K ЛАТИНСКАЯ ЗАГЛАВНАЯ БУКВА K ; то есть, нормальный капитал K . «Три буквоподобных символа получили каноническую эквивалентность обычным буквам: U + 2126 Ω ОМ ЗНАК , U + 212A K KELVIN SIGN и U + 212B Å ANGSTROM SIGN . Во всех трех случаях следует использовать обычную букву». [19]

См. Также [ править ]

  • Сравнение температурных шкал
  • Международная температурная шкала 1990 г.
  • Отрицательная температура

Ссылки [ править ]

  1. ^ "Mise en pratique" (PDF) . BIPM .
  2. ↑ Лорд Кельвин, Уильям (октябрь 1848 г.). «На абсолютной термометрической шкале» . Философский журнал . Архивировано из оригинала 1 февраля 2008 года . Проверено 6 февраля 2008 года .
  3. ^ «Резолюция 3: Определение термодинамической шкалы температур» . Постановления 10-го ГКГВ . Bureau International des Poids et Mesures. 1954. Архивировано из оригинала 23 июня 2007 года . Проверено 6 февраля 2008 года .
  4. ^ «Разрешение 3: единица измерения термодинамической температуры в системе СИ (кельвин)» . Постановления 13-го ГКГВ . Bureau International des Poids et Mesures. 1967. Архивировано из оригинала 21 апреля 2007 года . Проверено 6 февраля 2008 года .
  5. ^ «Резолюция 4: Определение единицы термодинамической температуры (кельвин) в системе СИ» . Постановления 13-го ГКГВ . Bureau International des Poids et Mesures. 1967. Архивировано 15 июня 2007 года . Проверено 6 февраля 2008 года .
  6. ^ «Единица термодинамической температуры (кельвин)» . Брошюра СИ, 8-е издание . Bureau International des Poids et Mesures. 1967. С. Раздел 2.1.1.5. Архивировано из оригинального 26 сентября 2007 года . Проверено 6 февраля 2008 года .
  7. ^ Проект Резолюции A «О пересмотре Международной системы единиц (СИ)» для представления в CGPM на его 26-м заседании (2018 г.) (PDF)
  8. ^ «Правила и соглашения о стилях для выражения значений количеств» . Брошюра СИ, 8-е издание . Bureau International des Poids et Mesures. 1967. С. Раздел 2.1.1.5. Архивировано 16 июля 2012 года . Проверено 27 августа 2012 года .
  9. ^ «Правила единиц СИ и стилистические соглашения» . Национальный институт стандартов и технологий. Сентябрь 2004 года архивация с оригинала на 5 февраля 2008 года . Проверено 6 февраля 2008 года .
  10. ^ «Правила и соглашения о стилях для выражения значений количеств» . Брошюра СИ, 8-е издание . Bureau International des Poids et Mesures. 1967. С. Раздел 5.3.3. Архивировано 23 сентября 2015 года . Проверено 13 декабря 2015 года .
  11. ^ "Кельвин | Руководство ЦЕРН по написанию" . Writing-guidelines.web.cern.ch . Архивировано из оригинала 17 апреля 2020 года . Проверено 19 сентября 2019 года .
  12. ^ Барри Н. Тейлор (2008). «Руководство по использованию Международной системы единиц (СИ)» (.PDF) . Специальная публикация 811. Национальный институт стандартов и технологий. Архивировано 3 июня 2016 года (PDF) из оригинала . Проверено 5 марта 2011 года . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  13. ^ Б Ян Миллс (29 сентября 2010). «Проект главы 2 брошюры СИ после переопределения основных единиц» (PDF) . CCU. Архивировано (PDF) из оригинала 10 января 2011 года . Проверено 1 января 2011 года .
  14. ^ «Генеральная конференция мер и весов одобряет возможные изменения в Международной системе единиц, включая новое определение килограмма» (PDF) (пресс-релиз). Севр, Франция: Генеральная конференция по мерам и весам . 23 октября 2011 года архивации (PDF) с оригинала на 9 февраля 2012 года . Проверено 25 октября 2011 года .
  15. ↑ Wood, B. (3–4 ноября 2014 г.). «Отчет о заседании рабочей группы CODATA по фундаментальным константам» (PDF) . BIPM . п. 7. Архивировано (PDF) из оригинала 13 октября 2015 года. [Директор МБМВ Мартин] Милтон ответил на вопрос о том, что произойдет, если ... CIPM или CGPM проголосуют за отказ продвигать новое определение SI. Он ответил, что считает, что к тому времени решение двигаться вперед следует рассматривать как предрешенный исход.
  16. ^ a b Ньюэлл, DB; Cabiati, F; Фишер, Дж; Fujii, K; Каршенбойм С.Г .; Марголис, HS; де Мирандес, Э; Mohr, PJ; Nez, F; Пачуки, К; Куинн, Т.Дж.; Тейлор, Б.Н.; Ван, М; Дерево, БМ; Чжан, З; и другие. (Целевая группа Комитета по данным для науки и технологий (CODATA) по фундаментальным константам) (29 января 2018 г.). «Значения h , e , k и N A в CODATA 2017 для пересмотра SI» . Метрология . 55 (1): L13 – L16. Bibcode : 2018Metro..55L..13N . DOI : 10.1088 / 1681-7575 / aa950a .
  17. ^ "BIPM - SI Brochure" . bipm.org . Проверено 1 августа 2019 .
  18. ^ «Обновление определения кельвина» (PDF) . Международное бюро мер и весов ( BIPM ). Архивировано 23 ноября 2008 года (PDF) . Проверено 23 февраля 2010 года .
  19. ^ "22.2". Стандарт Unicode, версия 8.0 (PDF) . Маунтин-Вью, Калифорния, США: Консорциум Unicode. Август 2015 г. ISBN.  978-1-936213-10-8. Архивировано (PDF) из оригинала 6 декабря 2016 года . Проверено 6 сентября 2015 года .

Внешние ссылки [ править ]

  • Международное бюро Poids et Mesures (2006 г.). Брошюра "Международная система единиц (СИ)" (PDF) . 8-е издание. Международный комитет мер и весов . Проверено 6 февраля 2008 года . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )