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 Кельвин (1824-1907).

Кельвин теперь определяется путем фиксации числового значения постоянной Больцмана k равным 1,380 649 × 10 ⁻²³ Дж⋅K ⁻¹ . Эта единица равна кг⋅м ² ⋅с ⁻² ⋅K ⁻¹ , где килограмм , метр и секунда определены в терминах постоянной Планка , скорости света и продолжительности основного состояния цезия-133. сверхтонкий переход соответственно. ^[1] Таким образом, это определение зависит только от универсальных констант., а не на каких-либо физических артефактах, как это практиковалось ранее, таких как Международный прототип килограмма , масса которого со временем отклонилась от первоначального значения.

Один кельвин равен изменению термодинамической температуры T, которое приводит к изменению тепловой энергии kT на 1,380 649 × 10 ⁻²³ Дж. ^[2]

Шкала Кельвина соответствует требованиям Томсона как абсолютная термодинамическая шкала температуры . В качестве нулевой точки используется абсолютный ноль (т.е. низкая энтропия ).

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 ]

Лорд Кельвин , тезка подразделения

В 1848 году Уильям Томсон, впоследствии 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. ^[3] 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. ^[4]

В 1967/1968 г. Постановление 3 13-го ГКГМ переименовало единицу приращения термодинамической температуры «кельвин», символ K, заменив «градус Кельвина», символ ° K. ^[5] 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 » ^[6]

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 . ^[7]

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 года, в 144-ю годовщину Метрической конвенции . ^[8]

Соглашения об использовании [ править ]

Согласно Международному бюро мер и весов , при произнесении или произнесении единицы измерения ставятся во множественное число 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 » ^[9] ). 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 (например, «99,987 K») есть пробел.^{[10] [11]} (Руководство по стилю дляЦЕРН , однако, специально рекомендует всегда использовать «кельвин», даже во множественном числе.) ^[12]

До 13-го CGPM в 1967–1968 годах единица измерения кельвина называлась «градусом», как и другие температурные шкалы того времени. Он отличался от других шкал либо суффиксом прилагательного «Кельвин» («градус Кельвина»), либо «абсолютным» («абсолютным градусом») и его символом был ° 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 ГКБМ изменила название единицы на просто «кельвин» (символ: K). ^[13] 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).

Новое определение 2019 [ править ]

В 2005 году CIPM приступил к программе пересмотра 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 . ^[14] 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. . ^[15]

Переопределение было отложено в 2014 г. в ожидании более точных измерений постоянной Больцмана с точки зрения текущего определения ^[16], но, наконец, было принято на 26-й конференции CGPM в конце 2018 г. со значением k  = 1,380 649 × 10 ^-23  Дж / К . ^{[14] [17]}

С научной точки зрения основным преимуществом является то, 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. Задача заключалась в том, чтобы избежать снижения точности измерений вблизи тройной точки. С практической точки зрения это переопределение останется незамеченным; вода по-прежнему будет замерзать при температуре 273,15 К (0 ° C) ^[18], и тройная точка воды по-прежнему будет 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 . ^[17] После этого постоянная Больцмана становится точной, и неопределенность переносится на тройную точку воды, которая теперь273.1600 (1) К .

Практическое использование [ править ]

Цветовая температура [ править ]

Кельвин часто используется для измерения 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 выглядят красноватыми, тогда как те, что выше, примерно7500 K кажутся голубоватыми. Цветовая температура важна в областях проецирования изображений и фотографии , где цветовая температура составляет примерно5600 K требуется для соответствия эмульсии пленки "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. Простой совет 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 «теплые» цвета .

Кельвин как единица шумовой температуры [ править ]

В электронике кельвин используется в качестве индикатора 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, полученный 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 . «Трем буквоподобным символам присвоена каноническая эквивалентность обычным буквам: U + 2126 Ω OHM SIGN , 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 ]

Внешние ссылки [ править ]

Найдите значение кельвина в Викисловаре, бесплатном словаре.

• 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 )