開爾文

本文是關於溫度單位的。對於其他用途，請參閱開爾文（歧義）.
開爾文
CelsiusKelvinThermometer.jpg
溫度計標記為學位攝氏和開爾文
一般信息
單位系統si
單位溫度
象徵k
而得名威廉·湯姆森（William Thomson），第一個男爵開爾文
轉換
xk在 ......對應於...
   攝氏   （x-273.15）°C
   華氏   （1.8x-459.67）°F
   蘭金   1.8x°ra

這開爾文， 象徵k，是主要單位溫度在裡面國際單位體系（si），與之一起使用前綴形式和攝氏度.[1][2][3][4]它以貝爾法斯特 - 出生和格拉斯哥大學-基於工程師和物理學家威廉·湯姆森（William Thomson），第一個男爵開爾文（1824-1907）。這開爾文量表是一個絕對熱力學溫度規模，意味著它使用絕對零度作為零點。[2][5]

從歷史上看，開爾文量表是通過將較古老的攝氏量表的起點從熔點的水絕對零，其增量仍然緊密近似於攝氏度的歷史定義，但自2019年以來量表是通過修復的Boltzmann常數k完全是1.380649×10-23j猛了-1.[1]因此，一個開爾文等於熱力學溫度的變化t這導致熱能的變化KT經過1.380649×10-23j。攝氏度的溫度現在被定義為Kelvins減去273.15的溫度，[2]意思是一個改變或者區別在溫度中，當攝氏度與開爾文（Kelvins）表示時，溫度具有相同的值，並且0°C等於273.15K。

開爾文是溫度的主要單位工程和物理科學，儘管在大多數國家 /地區，Celsius仍然是這些領域之外的主要規模。在美國，在物理科學之外華氏量表主要是開爾文或Rankine量表用於絕對溫度。這些是使用開爾文來定義的。[6][7]

根據SI公約，開爾文從未被稱為程度。這個單詞開爾文當用作單位時，不被大寫，但可以適當地進行複合。單位符號k是大寫字母。例如，“在“外面的華氏50度”中，“ vs”是攝氏10度，外面是“外面的283 kelvins”。[8]在提到開爾文量表時，大寫開爾文是普遍的慣例。[9]

歷史

也可以看看：熱力學溫度§歷史

前體

一個冰水浴提供了一個實用的校準點溫度計在之前的身體本質之前熱被很好地理解。

在此期間18世紀，多溫度尺度被開發了，[10]尤其華氏和Centigrade（後來攝氏）。這些量表早於現代科學的大部分熱力學， 包含原子理論和氣體動力學理論這是絕對零的概念的基礎。取而代之的是，他們選擇了可以輕鬆且準確地複制的人類經驗範圍內的定義點，但在熱物理學中缺乏任何深刻的意義。就攝氏量表而言（並且很久以來已倒閉牛頓秤和Réaumur量表）熔點水作為起點，定義了攝氏的起點1740年代直到1940年代，通過校準溫度計：

該定義在特定的壓力選擇以近似於自然氣壓海平面。因此1°C等於1/100熔點和沸點之間的溫度差。此溫度間隔將繼續成為開爾文的模板。

查爾斯的律法

從1787年到1802年，它由雅克·查爾斯（未發表），約翰·道爾頓，[11]和約瑟夫·路易斯·蓋伊·盧薩克[12]在恆定的壓力下，理想氣體膨脹或收縮了它們的體積（線性收縮）查爾斯的律法）在溫度的每度攝氏攝氏度的每度攝氏度大約1/273零件上，在0°至100°C之間變化。

開爾文勳爵

開爾文勳爵，措施單位的同名。

1848年，威廉·湯姆森（William Thomson），後來被當作開爾文勳爵，發表論文在絕對溫度尺度上.[13][14][15]使用即將解密的熱量理論，他根據以下參數提出了一個“絕對”量表：

  • 水的熔點為0度。
  • 水的沸點為100度。

“在兩個量表上重合的任意點為0°和100°”

“我現在建議的比例的特性特性是，所有學位都具有相同的價值；也就是說，一個從身體下降的熱量單位一個在溫度下t這個量表的°，到一個身體B在溫度下（t−1）°，將發出相同的機械效果，無論數字是多少t。這可以公正地稱為絕對規模，因為它的特徵非常獨立於任何特定物質的物理特性。”

正如Carnot的定理在現代熱力學中被理解為簡單地描述最大值效率與哪個熱能可以轉換為機械活力預測的最大效率是比率在熱源和散熱器的絕對溫度之間：

  • 效率≤1--散熱器的絕對溫度/熱源的絕對溫度

因此，在此量表上等級數量的增量必須始終代表相等成比例的絕對溫度升高。絕對溫度的數值，t，在1848年，與水的熔點的絕對溫度有關，tMPW，以及水的沸點的絕對溫度，tBPW， 經過：

  • t（1848比例）= 100（Lnt/tMPW） /（LntBPW/tMPW）

在此規模上，不論起始溫度如何，增長222度總是意味著絕對溫度的大致翻倍。

在腳註中，湯姆森計算出“無限冷”（絕對零度，將具有負值的數值無窮在此規模上）使用當時的空氣溫度計，相當於-273°C。“ -273”的值是0.00366的負倒數熱膨脹係數相對於冰點，每個度攝氏度的理想氣體的理想氣體具有顯著的一致性。

在十年之內，湯姆森（Thomson[14][16]基於這兩個功能，這些功能將以開爾文量表的所有未來版本來表徵：

  • 絕對零是零點。
  • 增量具有與攝氏量表相同的大小。

1892年，湯姆森被授予貴族標題第一男爵開爾文大小，或更簡潔的開爾文勳爵。這個名稱是對開爾文河它流過格拉斯哥大學的理由。

在20世紀初期，開爾文量表通常被稱為“絕對攝氏“比例，指示攝氏度從絕對零而不是水的冰點計數，並使用相同的符號對常規攝氏度（°C）進行。[17]

三點標準

典型相圖。固體綠線適用於大多數物質。虛線的綠線給出了水的異常行為。沸騰線（純藍色）從三個點到達臨界點，除此之外，溫度和壓力進一步增加超臨界流體.

1873年，威廉·湯姆森（William Thomson）的哥哥詹姆士創造了這個詞三點[18]描述溫度和壓力固體，液體和氣體階段物質能夠共存熱力學平衡。雖然任何兩個階段都可以沿一系列溫度壓力組合共存（例如沸點的水可以通過升高或降低壓力極大地影響），只有在單個壓力和單個溫度下，給定物質的三點條件才能發生。到1940年代，水的三重點已被實驗測量，約為約0.6％標準大氣壓根據攝氏的歷史定義，非常接近0.01°C。

在1948年，通過分配水的三點溫度來重新校準攝氏量表，準確地為0.01°C，並允許使用熔點在標準大氣壓下具有經驗確定的值（以及在環境壓力下的實際熔點，波動值）接近0°C。這是合理的理由，理由是，三重點被判斷為比熔點更準確地可重複的參考溫度。[19]

在1954年，根據實驗確定的絕對零，根據°C的定義，在使用中為-273.15°C約為-273.15°C。體重和措施大會（CGPM）引入了一個新的國際標準化的開爾文量表，該量表將三個點定義為：273.15 + 0.01 = 273.16“ kelvin”。[20][21]

在1967/1968年，第13個CGPM的第3號決議重命名為熱力學溫度“ kelvin”的單位增量，符號K，代替“ kelvin”，符號°K。[8][22]第13個CGPM也在第4號決議中持有，“熱力學溫度的開爾文等於餾分1/273.16水的三重點的熱力學溫度。”[4][23][24]

後1983年的儀表重新定義，這留下了開爾文，第二，和公斤作為唯一未針對任何其他單元定義的SI單元。

在2005年，指出三重點可能受到氫和氧的同位素比的影響，構成水樣品，這是“現在是水分三重點不同實現之間可觀察到的可變性的主要來源”，這國際體重與措施委員會（CIPM）CGPM委員會確認，為了描述三分點的溫度，開爾文的定義將指定水俱有指定的同位素組成維也納標準平均海水.[4][25][26]

2019重新定義

主要文章：2019年重新定義SI基礎單元
Kelvin現在根據Boltzmann常數固定焦耳，本身由CAESIUM-133超精細過渡頻率和普朗克常數。兩個都k和kB被認為是玻爾茲曼常數的速記。

2005年，CIPM開始使用更嚴格的方法來重新定義開爾文（以及其他SI單元）的程序。特別是，委員會提議重新定義開爾文這樣Boltzmann常數獲得確切的值1.3806505×10-23j/k.[27]該委員會曾希望該計劃將在2011年會議上被CGPM及時完成，但在2011年會議上，該決定被推遲到2014年會議上，當時該會議將被視為更大的程序.[28]

重新定義進一步推遲了2014年，以當前定義的方式對Boltzmann常數進行更準確的測量，[29]但終於在2018年底第26 CGPM上採用，價值為k=1.380649×10-23j猛了-1.[30][27][1][2][4][31]

出於科學目的，主要優點是，這允許在非常低和非常高的溫度下進行更準確的測量，因為所使用的技術取決於Boltzmann常數。它還具有獨立於任何特定物質的哲學優勢。J/K單位等於kg·m2沙節-2ÅK-1，在哪裡公斤，儀表和第二根據普朗克常數， 這光速，以及Caesium-133地面超精細轉變分別。[2]因此，此定義僅取決於通用常數，並且不像以前所做的任何物理偽像。挑戰是避免降低接近三重點的測量的準確性。出於實際目的，重新定義沒有引起人們的注意。水仍然在273.15 K（0°C）處冷凍，[2][32]水的三重點仍然是常用的實驗室參考溫度。

不同之處在於，在重新定義之前，水的三個點是精確的，玻爾茲曼常數的測量值為1.38064903（51）×10-23j/k，具有相對標準的不確定性3.7×10-7.[33]之後，玻爾茲曼常數是精確的，不確定性轉移到三重點，現在是273.1600（1）K.

新定義於2019年5月20日正式生效，該定義是144週年儀表約定.[31][1][2][4]

實際用途

色溫

也可以看看：Stefan – Boltzmann常數

開爾文通常被用作衡量色溫光源。色溫基於以下原則黑色身體散熱器以其溫度的頻率分佈特徵發出光。下面的溫度下的黑色身體4000 k看起來是紅色的，而上面的7500 k看起來藍色。色溫在圖像投影領域很重要，攝影，其中的色溫大約5600 k需要匹配“日光”電影乳液。在天文學， 這恆星分類星星及其在Hertzsprung – Russell圖部分基於其表面溫度，稱為有效溫度。光電太陽例如，有效溫度為5778 k.

數碼相機和攝影軟件通常在編輯和設置菜單中使用K中的色溫。簡單的指南是，較高的色溫會產生具有增強的白色和藍色色調的圖像。色溫的降低會產生一個更由紅色主導的圖像，“溫暖”顏色.

開爾文作為噪聲溫度單位

主要文章：噪音圖

對於電子產品，開爾文被用作指標嘈雜電路與最終有關噪音，即噪聲溫度。所謂的約翰遜 - 尼奎斯特噪音離散電阻和電容器是從源自Boltzmann常數並可用於使用該電路的噪聲溫度噪音的弗里斯公式.

派生單元和SI倍數

主要文章：數量級（溫度）

唯一的Si派生的單位具有特殊名稱源自開爾文的是攝氏度。像其他SI單元一樣，開爾文也可以通過添加一個公制前綴這使它乘以功率為10：

開爾文（K）的Si倍數
潛艇倍數
價值SI符號姓名價值SI符號姓名
10-1kDKDecikelvin101k達克decakelvin
10-2kCKCentikelvin102k香Hectokelvin
10-3kMKMillikelvin103kKKKilokelvin
10-6kµkMicrokelvin106kMKMegakelvin
10-9kNK納米諾金109kGKGigakelvin
10-12kPKpicokelvin1012kTKTerakelvin
10-15kfkfamtokelvin1015kPKPetakelvin
10-18kAKAttokelvin1018kekexakelvin
10-21kZKZeptokelvin1021kZKZettakelvin
10-24kykYoctokelvin1024kykYottakelvin
10-27kRKRontokelvin1027kRKronnakelvin
10-30kQKQuectokelvin1030kQKQuettakelvin

Unicode字符

該符號已編碼Unicode在代碼點U+212aK開爾文的標誌。但是，這是一個兼容性字符提供了與舊版編碼的兼容性。Unicode標準建議使用U+004Bk拉丁大寫字母k反而;也就是說，正常資本k。“三個字母的符號已被給予規則等同的常規字母：U+2126Ω歐姆標誌，U+212aK開爾文的標誌， 和U+212BÅAngstrom標誌。在所有三個情況下，都應使用常規字母。”[34]

也可以看看

參考

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  3. ^“ SI基礎單位：開爾文（K）”.Bipm.org。 BIPM。檢索3月5日2022.
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  5. ^“開爾文：簡介”.nist。 2018年5月14日。檢索9月2日2022.
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參考書目

外部鏈接