Kelvin

Kelvin
Santigrat / Kelvin termometresi.
Santigrat / Kelvin termometresi.
Bilgi
sistem Uluslararası sistem ( temel birim )
Birim… termodinamik sıcaklık
Sembol K
eponym William Thomson, Lord Kelvin

Kelvin (sembol K adını, William Thomson , Lord Kelvin söyledi) SI baz ünitesi arasında termodinamik sıcaklık . Kural olarak, birim adları yaygın adlardır ve küçük harflerle yazılır ("Kelvin" değil "kelvin").

A kadar 20 Mayıs 2019, Kelvin fraksiyonu termodinamik sıcaklığının 1 / 273,16 olarak tanımlandı üçlü nokta arasında , su (H 2 O), Sıcaklık bir varyasyon 1  K bir varyasyonuna eşdeğerdir ° C . Yeni tanım, bu değere saygı göstermeyi amaçlar, ancak bunu Boltzmann sabitinin sabit bir değerine demirleyerek .

Celsius derecesinden farklı olarak kelvin, termodinamiğin üçüncü ilkesi sayesinde ortaya konan mutlak bir sıcaklık ölçüsüdür . 0  K sıcaklığı -273,15  °C'ye eşittir ve mutlak sıfıra karşılık gelir (bu nedenle suyun üçlü noktası 0,01  °C sıcaklıktadır ).

Kelvin, bağıl bir ölçü olmadığı için, Celsius veya Fahrenheit derecelerinin aksine asla "derece" kelimesi veya "°" sembolünden önce gelmez .

Kelvin sıcaklık ölçeği

Santigrat sıcaklık ölçeği, tanımı gereği, başlangıçta 273,15 K kaydırılan mutlak sıcaklıktır  :  

ile:

Şu sonucu çıkarıyoruz:

Sıcaklığın karşılığı, formüllerde sıklıkla görülen bir parametredir. Fizikçiler bazen β parametresini şu şekilde kullanırlar:

ile Kelvin ve nerede olduğunu Boltzmann sabiti .

Diğer birimlere dönüştürme

Uygulamada :

Böylece ° C =273.15K , °C =274.15K  vb.

Kelvin biriminin yapısı ve sonuçları

1954'ten 2019'a kadar, Uluslararası Sistemin sıcaklık birimi ve uluslararası bir sözleşmeyle belirlenen türev birimleri , suyun üçlü noktasının termodinamik sıcaklığına ( T) dayanmaktadır.H 2 O
T
= 273.16  K  :

1 ⁄ 273.16 fraksiyonu bu nedenle referans noktası olarak suyun üçlü noktasının seçilmesinden ve eski sıcaklık ölçekleriyle bağlantılı olağan sıcaklık aralıklarını bulmayı mümkün kılan bir sıcaklık birimi tanımlama arzusundan kaynaklanmaktadır. Celsius derecesinin mevcut resmi tanımı kelvin'e dayansa da, ikincisi daha sonra kurulmuştur.

Tarihsel olarak, sıcaklık ölçeklerini oluşturmak için seçilen referans noktaları, sıfırı tanımlayan suyun donma sıcaklığı ve 100'de sabitlenen kaynama sıcaklığıydı. Böylece, bu iki nokta , aralığı sıcaklık farkının yüzde biri olan bir santigrat ölçeği tanımladı. bu iki nokta. Bu sıcaklık ölçeği uzun zamandır Celsius ölçeği ile karıştırılmıştır.

Termodinamik sıcaklık kavramı ve dolaylı olarak mutlak sıcaklık kavramı, mutlak sıfır kavramını tanıtır ve iki noktaya atıfta bulunmayı gereksiz kılar. Tek bir sabit referans noktası yeterlidir. Suyun üçlü noktası, yani suyun üç halinin (sıvı, katı ve gaz) bir arada bulunduğu koşullar , değişmez sıcaklık ve basınç noktasıdır ( sıfır varyans ). Bu nedenle, örneğin, birçok parametreye bağlı olan ve saf aşırı soğutulmuş su için -38  °C'ye düşebilen donma sıcaklığından daha kararlı, temel bir sabit referans noktası oluşturur .

Bu referans noktası kabul edildikten sonra, geriye şu şekilde sabitlenen bir kelvin aralığını tanımlamak kalır: Kelvin, suyun üçlü noktasının termodinamik sıcaklığının 1 ⁄ 273.16 kesridir .

Bu da santigrat derece tanımı için referans haline gelir. Bu reformun bir sonucu olarak, ikincisi Uluslararası Sistemden türetilen bir birimin statüsüne indirgenir  : sıcaklık Celsius birimi tanım olarak sıcaklık kelvin birimine eşittir, ikisinde aynı sayısal değere sahip herhangi bir sıcaklık aralığı birimler.

Ancak bu seçim birimi nedeniyle normal atmosfer basıncında suyun kaynama noktası 100  °C'de değil, 99.9839 °C'de sabitlenir  . Bununla birlikte, bu seçim 100 değerinde çok küçük bir boşluğa yol açar, donma noktalarının ve suyun atmosfer basıncında kaynamasına ilişkin mevcut tanımları korur: yaklaşık °C ila yaklaşık 100  °C .

Kesin olarak söylemek gerekirse, yalnızca eski santigrat ölçeği bu kaynama noktasının sıcaklığına tam 100 değerini verir.

Gelen 2005 , tanım belirterek rafine edildi izotopik kompozisyonu üçlü nokta kullanılan su:

Bu bileşim, International Union of Pure and Applied tarafından tavsiye edilen  şekliyle, " Okyanus Suyu Viyana Standart Ortalaması " (VSMOW, İngiliz Viyana Standardı Ortalama Okyanus Suyu ) olarak bilinen Uluslararası Atom Enerjisi Ajansı'nın (IAEA)  referans malzemesinin bileşimidir . Kimya (IUPAC).

2018 yılında uluslararası sistemin birimlerinin yeniden tanımlanmasına karar verildi .

itibaren 20 Mayıs 2019Uluslararası Ağırlıklar ve Ölçüler Komitesi'nin çalışmasını takiben, kelvin tanımı temelden değişir. Ölçeği tanımlamak için suyun durumundaki değişikliklere güvenmek yerine , yeni tanım Boltzmann denklemi tarafından verilen eşdeğer enerjiye dayanır .

Yeni tanım Kelvin değeri K, Boltzmann sabitinin sayısal değeri tam olarak 1.380 649 × 10 −23  J K -1 (veya s -2  m 2  kg K -1 ) olarak sabitlenerek tanımlanır .

Kelvin böylece ısı enerjisi bir değişiklikten kaynaklanan termodinamik sıcaklık değişimi bölgesinin veya eylem birimleri saat başına saniye .

çoklu

Kelvin'in katları ve alt katları
10 N Ön
ekli birim
Sembol Numara
10 24 yottakelvin YK Katrilyon
10 21 zettakelvin ZK Trillard
10 18 exakelvin EK Trilyon
10 15 petakelvin PKK Bilardo
10 12 terakelvin TK Trilyon
10 9 gigakelvin İngiltere Milyar
10 6 mega şarap MK Milyon
10 3 kilokelvin kK Bin
10 2 hektokelvin hK Yüz
10 1 kekelvin daK On
10 0 Kelvin K bir
10 -1 decikelvin dK Onuncu
10 -2 centikelvin cK Yüzüncü
10 −3 millikelvin mK bininci
10 -6 mikrokelvin μK Milyonuncu
10 -9 nanokelvin NK milyarda bir
10 -12 pikokelvin pK milyarda bir
10 -15 femtokelvin fK Bilardo
10 -18 attokelvin aK trilyonuncu
10 -21 zeptokelvin zK Triliardth
10 -24 yoktokelvin yK katrilyonuncu

Diğer sıcaklık ölçekleri

Sıcaklığı ölçmek için farklı ölçekler kullanılır  : Newton (1700'de kuruldu), Romer (1701), F (1724), Réaumur (1731) Delisle (1738) santigrat ( C ) (1742), Rankine (1859), Kelvin ( 1848), Leyden (yaklaşık 1894?), Santigrat (1948).

Sıcaklık ölçeklerinin karşılaştırılması
Sıcaklık Kelvin Santigrat santigrat (tarihi) orijinal fahrenhayt Tarihsel fahrenhayt Modern (mevcut) Fahrenhayt Rankine Delisle Newton Reaumur Romer
Mutlak sıfır . 0 -273,15 −273.197 -459.67 0 559.725 -90.14 -218.52 -135.90
Dünya yüzeyinde ( yerinde değil ) uzaktan algılama ile kaydedilen en düşük doğal sıcaklık . 180.0 -93.2 -135.8 323.9 289.8 -30,8 -74.6 -41.4
Su/ Fahrenhayt tuzu karışımı . 0
Modern Celsius ölçeğinin kökeni. 273.15 0 32 491.67 150 0 0 7.5
Su erime sıcaklığı ( standart basınçta ). 273.150.089 (10) 0.000 089 (10) 0 32 32 32.000 160 (18) 491.670 160 (18) ≈ 150 ≈ 0 ≈ 0 ≈ 7.5
Sıcaklığı üçlü nokta arasında su . 273.1600 (1) 0,0100 (1) 32.0180 (18)
Dünya yüzeyindeki ortalama sıcaklık. 288 15 59 518.67 127.5 4,95 12 15.375
Ortalama insan vücut sıcaklığı. 309,95 36.8 98.24 557.91 94.8 12.144 29.44 26.82
Dünya yüzeyinde kaydedilen en yüksek doğal sıcaklık. 329,8 56.7 134 593.67 67.5 18.7 45.3 33.94
Su buharlaşma sıcaklığı ( standart basınçta ). 373,133 9 99.983 9 100 ≈ 212 212 211.971 671.641 0 33 80 60
Erime noktası arasında titanyum . 1.941 1.668 3 034 3 494 -2 352 550 1334 883
Güneş yüzeyinin tahmini sıcaklığı . 5.800 5 526 9 980 10.440 -8 140 1.823 4.421 2.909
  1. Bu tablodaki bazı sayılar yuvarlanmıştır. Kalın yazılan değerler, çeşitli ölçeklerin tanımı gereği kesin olanlardır (yani, sonsuz sayıda anlamlı basamağa sahip olan).
  2. “Kelvin” Lord Kelvin adını taşımasına rağmen Uluslararası Sistemin bir birimi olduğu için küçük k ile yazılır . Ancak sembol büyük K harfidir .
  3. uydudan Kaydedilmiş Antarktika üzerinde10 Ağu 2010.
  4. Modern sıcaklık ölçekleri, 0.01  ° C'ye ayarlanan suyun üçlü noktası ile tanımlanır , bunu, suyun kesin olarak ölçülen erime sıcaklığının 0.000 089 (10) ° C olduğunu takip eder.
  5. en Kaydedilmiş Fırını Creek içinde ABD'de 10 Temmuz 1913 tarihinde.

Notlar ve referanslar

Notlar

  1. Öte yandan, kelvin sembolü, adı özel bir kişiden gelen birimlerin sembolüne ilişkin SI normuna göre büyük harfle yazılır. Küçük harf k aynı zamanda “kilo-” cinsinden birden fazla birim için SI sembolünün de başlangıcıdır: km, kg,  vb.  ; özellikle kilokelvin sembolü kK'dir.
  2. Bununla birlikte, örneğin popülasyon inversiyonu olan sistemler için, K cinsinden negatif sıcaklıklardan bahsettiğimiz çok özel durumlar vardır . Ancak bu negatif sıcaklık (T <0 K), genel sıcak ve soğuk kavramına karşılık gelmez. Burada T türevidir
  3. uzun ölçekli burada kullanılan (Büyük Britanya hariç) yanı sıra genel olarak Avrupa'da, Kanada'da özellikle Fransa'da Fransızca konuşulan ülkelerde referans, vardır. [Kısa ölçek öncelikle Amerika Birleşik Devletleri, Brezilya, Büyük Britanya ve Kanada hariç diğer İngilizce konuşan ülkeler tarafından kullanılmaktadır.

Referanslar

  1. Termodinamik sıcaklık birimi (kelvin) , Uluslararası Ağırlıklar ve Ölçüler Bürosu .
  2. (içinde) "  Heterojen buz çekirdeklenmesi atmosferik aerosollerdir:  atmos-chem-phys.net'te laboratuvar deneylerinden elde edilen sonuçların gözden geçirilmesi (8 Mayıs 2017'ye erişildi).
  3. (içinde) Thomas Peter , Athanasios Tsias , Beiping Luo ve Thomas Koop , "  Sulu çözeltilerde homojen buz çekirdeklenmesi için belirleyici olarak su aktivitesi  " , Nature , cilt.  406, n o  6796,ağustos 2000, s.  611-614 ( ISSN  1476-4687 , DOI  10.1038 / 35020537 , çevrimiçi okuma , erişim tarihi 6 Eylül 2019 ).
  4. CIPM PV 94, öneri 2 CI-2005 , Uluslararası Ağırlıklar ve Ölçüler Bürosu [PDF]
  5. (içinde) JR Laeter JK Böhlke, P. De Bièvre, H. Hidaka, HS Peiser, KJR Rosman, PDP ve Taylor (2003), Elementlerin Atomik Ağırlıkları: İnceleme 2000 (IUPAC Teknik Raporu) , Pure and Applied Chemistry, Cilt 75, No. 6, s.  683–800
  6. Mathieu Grousson, "  Ölçümler: büyük geri dönüş  " , CNRS'de ,5 Eylül 2018( 28 Eylül 2018'de erişildi ) .
  7. .
  8. "  Taslak kararda A - 26 inci (2018 13-16 Kasım) GFCM buluşma  " [PDF] üzerindeki Ağırlıklar ve Ölçüler Uluslararası Büro , 13-16 Kasım 2018 (erişilen 2019 14 Ocak )
  9. SI Broşürü: Uluslararası Birimler Sistemi, 9. baskı ( çevrimiçi okuyun )
  10. NASA, "  NASA dünyanın en soğuk yerini tespit ediyor  " , Le Figaro,11 Aralık 2013( 25 Nisan 2015'te erişildi ) .
  11. Kilmatolojisi Komisyonu, "  Basın Açıklaması n o  956  " , Dünya Meteoroloji Örgütü ,13 Eylül 2012( Eylül 26, 2012 erişildi ) .

Şuna da bakın:

İlgili Makaleler