Kelvin

Lord Kelvin

Kelvin je jednotka teploty, ktorá je založená na absolútnej stupnici. Je jednou zo siedmich základných jednotiek SI. Má značku K. Kelvinova stupnica je absolútna stupnica termodynamickej teploty, ktorá ako svoj začiatok používa absolútnu nulu, teda teplotu, pri ktorej sa podľa popisu klasickej termodynamiky zastaví všetok pohyb. Kelvin je definovaný ako 1/273,16 termodynamickej teploty trojného bodu vody (presne 0,01 °C alebo 32,018 °F).[1] Inými slovami, definícia hovorí, že trojný bod vody nastáva pri teplote presne 273,16 K.

Kelvinova stupnica je pomenovaná po inžinierovi a fyzikovi Glasgowskej univerzity Williamovi Lordovi Kelvinovi (1824 – 1907), ktorý písal o potrebe absolútnej tepelnej stupnice. Na rozdiel od Fahrenheitových alebo Celziových stupňov, pri Kelvinoch sa slovo stupeň nepoužíva.

Pre prevody medzi týmito stupnicami platí:

z kelvinov na kelviny
Celzius [°C] = [K] −273,15 [K] = [°C] +273,15
Fahrenheit [°F] = [K] × 9⁄5 −459,67 [K] = ([°F] +459,67) × 5⁄9
Rankine [°R] = [K] × 9⁄5 [K] = [°R] × 5⁄9
Veľkosť jednotiek teploty: 1 K = 1 °C = 9⁄5 °F = 9⁄5 °R

Hodnota absolútnej nuly je potom 0 K = −273,15 °C = −459,67 °F.

História

V roku 1848 písal Lord Kelvin vo svojej práci, On an Absolute Thermometric Scale, o potrebe stupnice, kde by nekonečný chlad (absolútna nula) bola najnižším bodom stupnice a ktorá by ako jednotku používala stupeň Celzia. Kelvin vypočítal, že absolútna nula bola rovná −273 °C na teplomeroch v tej dobe.[2] Táto absolútna stupnica je dnes známa ako Kelvinova stupnica termodynamickej teploty. Záporná prevrátená hodnota Kelvinovej hodnoty -273 je 0,00366 – táto hodnota je všeobecne prijímaná hodnota koeficientu expanzie plynu pri zmene teploty o 1 stupeň Celzia.

Roku 1954 rezolúcia 3 z 10. Generálnej konferencie pre váhy a miery (GKVM) moderne zadefinovala Kelvinovu stupnicu pridaním trojného bodu vody ako jej druhého definičného rámca a priradila mu hodnotu presne 273,16 Kelvinov.[3]

Teplomer so stupnicou v stupňoch Celzia (naľavo) a kelvinoch (napravo).

3. rezolúcia 13. GKVM v roku 1967/1968 nahradila stupeň Kelvina, °K[4] a premenovala jednotku prírastku termodynamickej teploty na kelvin, symbol K. Štvrtá rezolúcia rovnakej konferencie zadefinovala kelvin ako 1/273,16 termodynamickej teploty trojného bodu vody.[1]

Medzinárodný úrad pre váhy a miery (MUVM) začal v roku 2005 s redefiníciou jednotiek, vrátane kelvinu, pomocou prísnejších pravidiel. Definícia z roku 2010 nebola dostatočná pre teploty pod 20 K a nad 1300 K.[5] Komisia navrhla definíciu kelvinu ako teplotnej stupnice, pre ktorú je hodnota Boltzmannovej konštanty presne 1,3806505×10−23 J/K.[6] Podľa tejto hodnoty je aktuálne (2023) kelvin definovaný v rámci sústavy SI, kde došlo k redefinícii v roku 2019. Z praktického pohľadu je redifinícia nepovšimnutá, voda stále mrzne pri 0 °C (273,15 K, 32 °F).[7]

Praktické použitie

Farebná teplota

Kelvin sa často používa na meranie farebnej teploty svetelných zdrojov. Farebná teplota je založená na princípe, že čierne teleso vyžaruje žiarenie, ktorého farba závisí na teplote žiariča. Čierne telesá s teplotou pod 4000 K sú červené a tie s teplotou nad 7500 K modré. Farebná teplota je dôležitá vo fotografii. V astronómii je na nej založená klasifikácia hviezd a ich pozícia v Hertzsprungovom-Reussellovom diagrame, napríklad fotosféra Slnka má efektívnu teplotu 5778 K.

Kelvin ako jednotka šumu

V elektronike sa kelvin používa ako indikátor šumu obvodu vzhľadom na pozadie.

Referencie

  1. ↑ a b Resolution 4: Definition of the SI unit of thermodynamic temperature (kelvin) [online]. Bureau International des Poids et Mesures, 1967, [cit. 2008-02-06]. Dostupné online.
  2. ↑ LORD KELVIN, William. On an Absolute Thermometric Scale. Philosophical Magazine, October 1848. Dostupné online [cit. 2008-02-06].
  3. ↑ Resolution 3: Definition of the thermodynamic temperature scale [online]. Bureau International des Poids et Mesures, 1954, [cit. 2008-02-06]. Dostupné online.
  4. ↑ Resolution 3: SI unit of thermodynamic temperature (kelvin) [online]. Bureau International des Poids et Mesures, 1967, [cit. 2008-02-06]. Dostupné online.
  5. ↑ J. Fischer1. Report to the CIPM on the implications of changing the definition of the base unit kelvin [online]. International Committee for Weights and Measures (CIPM), 2007-05-02, [cit. 2010-02-23]. Dostupné online.
  6. ↑ Ian Mills. Draft Chapter 2 for SI Brochure, following redefinitions of the base units [online]. CCU, 29 September 2010, [cit. 2011-01-01]. Dostupné online.
  7. ↑ Updating the definition of the kelvin [online]. International Bureau for Weights and Measures (BIPM), [cit. 2010-02-23]. Dostupné online.