开尔文

Article

May 26, 2022

开尔文(符号 K,有时错误地表示为°K)是一种温度测量单位,属于国际单位制的七个基本单位。

定义

2018年,第26届国际计量大会利用力学能量均分定理,修改了温度计量单位的定义,将其缩减为国际系统的机械单位(秒、米、千克)统计数据。开尔文是对应于等于 k ​​BT {\ displaystyle k_ {B} T} 的热能差的热力学温差,其中 k B {\ displaystyle k_ {B}} 是以焦耳 / 开尔文为单位的玻尔兹曼常数值.常数值,直到现在还没有足够精确的测量并且在不同会议之间仍然略有不同,最终被认为足够稳定:根据定义,玻尔兹曼常数现在对应于 1. 380649 × 10 - 23 J / K {\ displaystyle 1 , 380649 \ 次 10 ^ {- 23} J / K}。380649 × 10 − 23 J / K {\displaystyle 1,380649\times 10^{-23}J/K} .380649 × 10 − 23 J / K {\displaystyle 1,380649\times 10^{-23}J/K} .

历史

1954 年第 10 届 Conférence générale des poids et mesures 采纳了之前(重新)开尔文的定义,它是“1 273, 16 {\ displaystyle {\ frac {1} {273.16}}}水的三相点“。“绝对温度”是指指示温度之间的差异(在这种情况下,水的三相点:0、01 或 C {\ displaystyle 0,01 \ mathrm {^ {o} C}}) 和绝对零 (- 273, 15 o C) {\ displaystyle (-273.15 \ mathrm {^ {o} C})}。开尔文标度的零实际上是绝对零:它是一个绝对温度标度,就像兰金标度一样。为了理解定义测量单位所需的精度水平,在其 2005 年的会议中,国际测量与测量委员会对上述开尔文的定义添加了以下说明:“该定义是指具有完全同位素组成的水由以下物质比率定义:0,00015576 {\displaystyle 0,00015576} moli di H 2 {\displaystyle {\ce {^{2}H}}} 每摩尔 di H 1 {\displaystyle {\ce {^{1}H}}} , 0 , 0003799 {\displaystyle 0,0003799} 摩尔 O 17 {\ displaystyle {\ ce {^ {17} O}}} 每摩尔 O 16 {\ displaystyle {\ ce {^ {16} O}}} 和 0.0020052 {\ displaystyle 0 ,0020052} 摩尔 O 18 {\ displaystyle {\ ce {^ {18} O}}} 每摩尔 O 16 {\ displaystyle {\ ce {^ {16} O}}}”。这是因为浓度的变化(最小值,从规范中可以看出)氢(H) {\ displaystyle (\ mathrm {H})} 和氧 (O) {\ displaystyle (\ mathrm {O})} 的同位素水导致其三相点温度的变化,这在今天这个温度单位的定义中是不能容忍的。这个计量单位以爱尔兰物理学家和工程师威廉汤姆森的名字命名,他被任命为开尔文勋爵的男爵。他于1868年首次提出这个定义,从热力学考虑出发,认为存在绝对最低温度,绝对零。然而,为了方便起见,与先前存在的摄氏度相比,它一直保持不变,单位的大小 (Δ 1 K ≡ Δ 1 o C) {\ displaystyle (\Delta 1 \ mathrm {K} \ equiv \ Delta 1 {\ mathrm {^ {o} C}})}:这样摄氏和开尔文的温差在数值上是相等的。虽然摄氏温标从人类的角度来看是实用的,因为它基于冰的融化温度和水的沸点(这是我们每天直接体验的温度),开尔文更严格(明确承认存在绝对最低温度)并且可以用作易于重现的测量单位。事实上,水的三相点温度是一个自洽量,不需要其他定义(或几乎,见下文),而熔化和沸腾温度需要指定正常条件(特别是压力)在那里发生熔化或沸腾过程。绝对零作为零的开尔文刻度有时被称为绝对刻度(实际上没有比 - 273、15 或 C {\ displaystyle -273,15 \ mathrm {\ ^ {o} C}})。温标摄氏度和摄氏度仍然被接受,但作为派生单位,并相对于开尔文进行定义。在第十三届度量衡大会上,决定放弃“度”一词,以指代开尔文刻度和相应的符号 ∘ {\ displaystyle ^ {\ circ}},而是保留为华氏(或 F) {\ displaystyle (\ mathrm {^ {o} F})} 和摄氏(或 C) {\ displaystyle (\ mathrm {^ {o} C})} 标度。其他温标有:牛顿(约 1700 年)、罗默(1701 年)、华氏(1724 年)、雷奥米尔(1732 年)、德莱尔或德莱尔(1738 年)、摄氏度(1742 年)、兰金(1859 年)和莱顿(约 1894 年) ?)。在意大利,热力学温标是使用位于都灵的 CNR 前古斯塔沃科隆内蒂计量研究所的样品实施的,现在是新的国家计量研究所 (INRiM) 的一部分。

温标之间的转换

与物理量的不同测量单位之间的大多数转换不同,乘以或除以某个因子就足够了,不同温标之间的转换可能涉及除乘法因子之外必须添加或减去的项。这是因为不同的温标定义了不同的“零”。此外,开尔文测量系统是指一个特定的“零”,它是绝对零,对应于理论上可以在任何宏观系统中获得的最低温度。这导致以“开尔文”为单位测量的温度称为绝对温度,出于同样的原因,度数符号 (o) {\ displaystyle (\ mathrm {^ {o}})} 没有放在开尔文符号 (K) {\ displaystyle (K)} 之前,而是放在了开尔文符号 (K) {\ displaystyle (K)} 之前摄氏度(或 C){\ displaystyle (\ mathrm {^ {o} C})} 和华氏度(或 F){\ displaystyle (\ mathrm {^ {o} F})} 刻度符号。摄氏温标和开尔文温标虽然有不同的参考,但用这两种温标测得的温度区间(即温差)的值是一致的。这意味着,虽然温度 T {\ displaystyle T} 为 25.00 o C {\ displaystyle 25.00 \ mathrm {^ {o} C}} 对应于 298.15 K {\ displaystyle 298.15 \ mathrm {K}},但温差 Δ T {\ displaystyle \ Delta T} 为 25,00 或 C {\ displaystyle 25.00 \ mathrm {^ {o} C}} 正好对应于 25.00 K {\ displaystyle 25.00 \ mathrm {K}}。

例子

冰的熔点对应于 0 o C {\ displaystyle 0 \ mathrm {^ {o} C}} 的温度。要将此值转换为开尔文,请将 273, 15 {\ displaystyle 273.15} 添加到该值,因此: 0 或 C (0 + 273, 15) K 273, 15 K {\ displaystyle 0 \ mathrm {^ { o} C} (0 + 273.15) \ mathrm {\ K} 273,15 \ mathrm {\ K}} 0 o C {\ displaystyle 0 \ mathrm {^ {o} C}} 的温差对应于等温转换(即在恒温下),而在开尔文中则对应于差异0 K {\ displaystyle 0 \ mathrm {K}} 的温度。要将以开尔文表示的温度转换为摄氏度,我们必须减去 273.15 {\ displaystyle 273.15} 的值。例如,温度为 6000 K {\ displaystyle 6000 \ mathrm {K}} 对应于:6000 K (6000.00 - 273.15) 或 C 5726.85 或 C {\ displaystyle 6000 \ mathrm {K} (6000.00-273.15) \ mathrm {^ {o} C} 5726.85 \ mathrm {^ {o} C}以开尔文表示的温度值总是大于以摄氏度表示的相同温度值。类似于前面的例子,温度为 6000,00 或 C {\ displaystyle 6000.00 \ mathrm {^ {o} C}} 等于 6273.15 K {\ displaystyle 6273.15 \ mathrm {K}}。从这些例子可以清楚地看出,在转换过程中必须特别注意我们要转换的量是一个温度(例如给定时刻的体温或某个房间某个点的温度)。某个时间)或温度差异(例如白天和黑夜之间某个地方的温差或房间两个相对墙壁之间的温差)。由于开尔文和摄氏度的单位值是相同的,因此还需要记住您打算转换的有效数字的位数。事实上,如果声明,例如,Saiph 星的(光球层的)色温约为 26000 K {\ displaystyle 26000 \ mathrm {K}},则只有前两位数字是有效的,因此正确地说这个温度等于 26000 o C {\ displaystyle 26000 \ mathrm {^ {o} C}}。Saiph 星的(光球层)色温约为 26000 K {\ displaystyle 26000 \ mathrm {K}},只有前两位数字是有效的,因此声明该温度等于 26000 o 是正确的C { \ displaystyle 26000 \ mathrm {^ {o} C}}。Saiph 星的(光球层)色温约为 26000 K {\ displaystyle 26000 \ mathrm {K}},只有前两位数字是有效的,因此声明该温度等于 26000 o 是正确的C { \ displaystyle 26000 \ mathrm {^ {o} C}}。只有前两位数字是有效的,因此声明该温度等于 26000 o C {\ displaystyle 26000 \ mathrm {^ {o} C}} 是正确的。只有前两位数字是有效的,因此声明该温度等于 26000 o C {\ displaystyle 26000 \ mathrm {^ {o} C}} 是正确的。

笔记

相关项目

绝对零温度 Lord Kelvin 绝对温度

其他项目

维基词典包含词典 词条 «kelvin» 维基共享资源包含关于 kelvin 的图像或其他文件

外部链接

(EN, FR) bipm.org 上的国际des poids et mesures 局网站。National Institute of Metrological Research,inrim.it(2007 年 8 月 26 日从原始网址存档)。Gustavo Colonnetti 计量研究所,在 imgc.cnr.it。