Абсолютная температура является основополагающей концепцией в физике и науке в целом. Она позволяет измерять тепловое состояние вещества и распространять термодинамические законы. Для данной величины использована отдельная система мер, и единица измерения, исключительно ценная и надежная, называется кельвином (К).
Кельвин является единицей абсолютной температуры в Международной системе (СИ) и относится к базовым единицам. Значение кельвина задается постоянной Вольфрама или постоянной Планка, установленной на определенных уровнях энергии и частоты света. Это позволяет определить единицу абсолютной температуры со сравнительно высокой точностью и обеспечивает надежность формул и результатов физических расчетов.
Основным свойством кельвина является то, что он не имеет отрицательных значений. Ноль кельвинов соответствует абсолютному нулю температуры, при котором молекулярное движение вещества практически отсутствует. Положительные значения кельвина определяют тепловое состояние тела: чем выше значение, тем выше температура.
Определение единицы
Лорд Кельвин провел множество исследований в области теплопередачи и энергетики, и его работы были из основных вкладов в разработку термодинамики и абсолютной шкалы температуры. В 1848 году он предложил использовать принцип абсолютной температуры, основанный на молекулярном движении, в качестве основы для определения температуры в научных и инженерных расчетах.
В 1954 году в рамках Международной конференции по мерам и весам было принято определение кельвина в качестве основной единицы абсолютной температуры, описанное как 1/273,16 часть термодинамической температуры тройной точки воды. Такое определение обеспечивает численное значение ноль Кельвинов точкой, при которой молекулярное движение отсутствует.
Значение СИ единицы температуры
Кельвин является международной единицей температуры и используется практически во всех областях науки и техники. Он был назван в честь известного физика и инженера Уильяма Томсона, 1-го барона Кельвина. В единицах Кельвина измеряется абсолютная температура, которая определяется относительно абсолютного нуля — наименьшей возможной температуры, при которой все молекулы перестают двигаться.
Кельвин и градус Цельсия имеют одинаковый размер деления, однако шкала Кельвина начинается с абсолютного нуля, в то время как шкала Цельсия начинается с точки замерзания воды при нормальных условиях атмосферного давления.
Для преобразования температуры из шкалы Цельсия в Кельвин используется следующий простой математический выражение: K = °C + 273,15. Например, 20 градусов Цельсия эквивалентны 293,15 Кельвинам.
Важно отметить, что использование кельвиновой шкалы является наиболее предпочтительным в научных и технических расчетах, так как она отражает только абсолютные значения температуры и не зависит от начальной точки шкалы. Это делает ее более удобной и точной единицей измерения для решения различных физических задач.
Кельвин, как единица СИ, используется во многих областях науки и техники, включая физику, химию, инженерию, метрологию и многие другие. Отличительной особенностью кельвина является его абсолютность, которая позволяет более точно и надежно измерять и описывать температурные явления в разных условиях.
Исторические корни СИ единицы температуры
Единица измерения температуры в СИ называется кельвин (K). Изначально, название «кельвин» происходит от имени шотландского физика Уильяма Томсона, барона Кельвина, который внес значительный вклад в развитие концепции абсолютной термодинамической шкалы.
Истоки абсолютной температуры прослеживаются в исследованиях различных ученых, начиная с 17-го века. Однако, наиболее важным вкладом в развитие термодинамики и абсолютной шкалы были работы Кельвина, особенно его труды по термодинамике газов и концепции абсолютного нуля температуры.
В 1848 году Кельвин предложил шкалу для измерения температуры, основанную на термодинамических свойствах идеального газа. Эта шкала, названная шкалой Кельвина, поставила в основу абсолютное нулевое значение температуры, которое соответствует полному отсутствию теплового движения вещества.
На основе исследований Кельвина и других ученых были разработаны основополагающие принципы термодинамики и абсолютной шкалы температуры. Эти принципы были приняты в Системе международных единиц и сейчас служат основой для определения единицы температуры в СИ — кельвин.
Таким образом, исторические корни СИ единицы температуры связаны с исследованиями физиков, таких как Уильям Томсон (барон Кельвин), и развитием термодинамических принципов, на которых основана абсолютная шкала температуры.
Особенности использования
- Абсолютный ноль: по сравнению с другими шкалами температуры, кельвин особенностью имеет свое значение нуля — абсолютный ноль. Это точка, при которой все молекулярные движения прекращаются полностью. Таким образом, кельвин предлагает фундаментальную точку отсчета для измерения температуры.
- Относительность: шкала кельвина является абсолютной, но она также может использоваться для измерения относительных изменений температуры. Например, разность в 1 К эквивалентна разности в 1 °C, но при этом в кельвинах можно избежать отрицательных значений.
- Постоянство: изменение кельвиновой шкалы не обусловлено ни выбором вещества для измерения, ни изменением давления. Это свойство делает кельвин удобным для использования в различных областях науки и техники.
- Международная система единиц: кельвин является единицей СИ и широко принимается во всем мире. Это позволяет легко обмениваться данными и результатами измерений между разными учеными, инженерами и специалистами различных стран.
Использование кельвина в СИ обеспечивает точность, удобство и унификацию в измерениях температуры, делая его необходимым инструментом в различных научных и практических областях.
Международное признание единицы
С 1967 года кельвин определен как термодинамическая температура, при которой энергия с точностью до $\SI{9.2e-24}{J}$ соответствует энергии частицы, движущейся со средней квадратичной скоростью $\SI{1}{м/c}$ в вакууме.
Кельвин является частью Международной системы единиц (СИ) и используется во всем мире для измерения абсолютной температуры. Он широко применяется в научных и промышленных областях, а также в медицине и технике. Кельвин особенно полезен там, где требуется точность измерения, поскольку он имеет несколько преимуществ перед другими шкалами, такими как Цельсий или Фаренгейт.
Международное признание единицы кельвина означает, что он является общепринятым стандартом во всем мире. Это обеспечивает единые методы измерения и обмен информацией в различных странах. Благодаря международному признанию, единица кельвина может быть использована на всех уровнях научных и технических исследований по всему миру.
Преимущества использования СИ единицы температуры
1. Абсолютный ноль: кельвин определяется нулем при -273,15°C, что соответствует абсолютному нулю температуры. Таким образом, он является наиболее фундаментальной и непререкаемой мерой температуры.
2. Универсальность: кельвин используется во многих областях науки и техники, включая физику, химию, астрономию и метрологию. Благодаря этому, использование кельвина обеспечивает единый и унифицированный подход к измерению и обмену данными о температуре.
3. Масштабируемость: шкала Кельвина является абсолютной и не имеет отрицательных значений. Это позволяет легко масштабировать и сравнивать различные температуры, а также облегчает выполнение математических операций и расчетов.
4. Более точные формулы: использование кельвина позволяет избежать необходимости использования отрицательных значений и устраняет ошибки, связанные с обратным отношением между температурой по шкале Цельсия и Кельвина.
5. Международный стандарт: кельвин является основной единицей измерения температуры в Международной системе единиц (СИ), что обеспечивает унификацию и совместимость с другими СИ единицами, такими как метры, килограммы и секунды.
Использование кельвина вместо других шкал температуры позволяет упростить и унифицировать измерения, обеспечивая более точные и надежные результаты в различных областях науки, техники и промышленности.
Перевод из единицы СИ в другие системы измерений
Перевод из кельвинов в другие системы измерения температуры является относительно простым процессом. Для перевода в градусы Цельсия необходимо отнять 273.15 от значения температуры в кельвинах. Например, если температура составляет 273.15 К, то она равна 0 °C.
Также можно перевести температуру из кельвинов в градусы Фаренгейта. Для этого необходимо умножить значение температуры в кельвинах на 9/5 и вычесть 459.67. Например, если температура составляет 300 К, то она равна 80.33 °F.
Перевод из кельвинов в градусы Реомюра также возможен. Для этого необходимо умножить значение температуры в кельвинах на 4/5. Например, если температура составляет 200 К, то она равна 160 °R.
Перевод из кельвинов в градусы Ранкина осуществляется путем умножения значения температуры в кельвинах на 9/5. Например, если температура составляет 400 К, то она равна 720 °R.
Используя эти формулы, можно переводить значения температуры из единиц СИ в другие системы измерения, что может быть полезным при проведении различных расчетов и анализе данных.