Kelvin

Information
Kelvin
Celsius / Kelvin-Thermometer.
System	Internationales System ( Basiseinheit )
Einheit von…	Thermodynamische Temperatur
Symbol	K
Namensgeber	William Thomson, Lord Kelvin

Das Kelvin (Symbol K , benannt nach William Thomson sagte Lord Kelvin), das ist SI Basiseinheit der thermodynamischen Temperatur . Einheitsnamen sind konventionell übliche Namen und werden in Kleinbuchstaben geschrieben ("Kelvin" nicht "Kelvin").

Bis um 20. Mai 2019, wurde das Kelvin definiert als der Bruchteil 1/273,16 der thermodynamischen Temperatur des Tripelpunktes von Wasser (H 2 O), Eine Temperaturschwankung von 1 K entspricht einer Temperaturschwankung von 1 ° C . Die neue Definition zielt darauf ab, diesen Wert zu respektieren, aber indem sie ihn an einem festen Wert der Boltzmann-Konstante verankert .

Kelvin ist im Gegensatz zum Grad Celsius ein absolutes Maß für die Temperatur, das durch das dritte Prinzip der Thermodynamik eingeführt wurde . Die Temperatur von 0 K entspricht -273,15 ° C und entspricht dem absoluten Nullpunkt (der Tripelpunkt von Wasser liegt daher bei der Temperatur 0,01 ° C ).

Dem Kelvin, das kein relatives Maß ist, wird im Gegensatz zu Grad Celsius oder Fahrenheit niemals das Wort "Grad" oder das Symbol "°" vorangestellt .

Kelvin-Temperaturskala

Die Celsius-Temperaturskala ist definitionsgemäß die absolute Temperatur, die ursprünglich um 273,15 K verschoben wurde :

T_{{\mathrm{K}}} = T_{{\mathrm{C}}} + 273 {{,}} 15 \

mit:

$T_{{\mathrm{K}}}$ Temperatur in Kelvin;
$T_{{\mathrm{C}}}$ die Temperatur in Grad Celsius .

Wir folgern daraus:

der absolute Nullpunkt liegt bei -273,15 ° C ;
Temperaturen in Kelvin sind nie negativ;
die Intervalle der Grad-Celsius-Skala sind mit denen des Kelvins identisch.

Der Kehrwert der Temperatur ist ein Parameter, der häufig in Formeln vorkommt. Physiker verwenden manchmal den Parameter β wie:

\ beta = {\ frac {1} {k_ {B} T}} \

mit in Kelvin und wo ist die Boltzmann-Konstante .

T

k_ {B} \

Umrechnung in andere Einheiten

In der Praxis :

Kelvin in Grad Celsius: °C = K - 273,15
Grad Celsius in Kelvin: K = °C + 273,15
Kelvin in Grad Fahrenheit: ° F = K × 1,8 - 459,67
Grad Fahrenheit in Kelvin: K = (°F + 459.67) / 1.8

Somit 0 ° C = 273,15 K, 1 ° C = 274,15 K usw.

Bau der Kelvin-Einheit und Konsequenzen

Von 1954 bis 2019 basieren die Temperatureinheit des Internationalen Systems und seine abgeleiteten Einheiten , die durch eine internationale Konvention festgelegt wurden, auf der thermodynamischen Temperatur des Tripelpunkts von Wasser, TH 2 O
T= 273,16 K :

Kelvin (K):
- Ursprung: 0 K = absoluter Nullpunkt ,
- Wert : $T H 2 O T / 273.16$ (Fraktion $1 / 273.16$ die thermodynamische Temperatur des Tripelpunktes von Wasser );
Grad Celsius (°C):
- Wert: identisch mit Kelvin (d. h. eine Temperaturdifferenz hat den gleichen Wert in Grad Celsius und in Kelvin),
- Ursprung: 0 °C = 273,15 K . Der Tripelpunkt von Wasser beträgt daher genau 0,01 °C. Der Schmelzpunkt von Eis bei Atmosphärendruck beträgt etwa 0 ° C.

Der Bruch 1 ⁄ 273,16 ist daher auf die Wahl des Tripelpunktes des Wassers als Bezugspunkt und auf den Wunsch zurückzuführen, eine Temperatureinheit zu definieren, die es ermöglicht, die üblichen Temperaturintervalle der alten Temperaturskalen zu finden. Obwohl die aktuelle offizielle Definition des Grad Celsius auf der des Kelvins basiert, wurde letzteres erst später festgelegt.

In der Vergangenheit wurden als Bezugspunkte für die Konstruktion der Temperaturskalen die Gefriertemperatur des Wassers, die Null definiert, und die Siedetemperatur von 100 festgelegt. Diese beiden Punkte definierten somit eine Celsius- Skala, deren Tonhöhe ein Hundertstel der Temperaturdifferenz zwischen diese beiden Punkte. Diese Temperaturskala wurde lange Zeit mit der Celsius-Skala verwechselt.

Der Begriff der thermodynamischen Temperatur und implizit der der absoluten Temperatur führt den Begriff des absoluten Nullpunkts ein , wodurch die Bezugnahme auf zwei Punkte unnötig wird. Ein einziger fester Bezugspunkt ist ausreichend. Der Tripelpunkt von Wasser, d. h. die Bedingungen, unter denen die drei Zustände (flüssig, fest und gasförmig) des Wassers koexistieren , ist ein Punkt invarianter Temperatur und Druck ( Nullvarianz ). Er stellt damit einen fundamentalen Fixpunkt dar, stabiler als beispielsweise die Gefriertemperatur, die von vielen Parametern abhängt und bei reinem unterkühltem Wasser bis auf –38 °C absinken kann .

Nachdem dieser Bezugspunkt angenommen wurde, muss noch das Intervall von einem Kelvin definiert werden, das wie folgt festgelegt wird: Das Kelvin ist der Bruchteil 1 ⁄ 273,16 der thermodynamischen Temperatur des Tripelpunktes von Wasser .

Dies wiederum wird zur Referenz für die Definition von Grad Celsius. Als Ergebnis dieser Reform wird letztere auf den Status einer vom Internationalen System abgeleiteten Einheit reduziert : Die Temperatureinheit Celsius ist definitionsgemäß gleich der Temperatureinheit Kelvin, wobei jedes Temperaturintervall den gleichen Zahlenwert in den beiden hat Einheiten.

Aufgrund dieser Auswahleinheit ist der Siedepunkt des Wassers bei normalem Atmosphärendruck jedoch nicht auf 100 °C, sondern auf 99,9839 °C festgelegt . Diese Wahl führt jedoch zu einer sehr kleinen Lücke mit dem Wert 100, sie hält die aktuellen Definitionen der Gefrierpunkte und des Siedewassers bei Atmosphärendruck aufrecht: etwa 0 ° C bis etwa 100 ° C .

Genau genommen weist nur die veraltete Celsius-Skala der Temperatur dieses Siedepunktes noch den exakten Wert 100 zu.

Im Jahr 2005 wurde die Definition verfeinert, indem die Isotopenzusammensetzung von Wasser angegeben wurde, dessen Tripelpunkt verwendet wird:

0,000 155 76 Mol 2 H pro Mol 1 H ;
0,000 379 9 Mol 17 O pro Mol 16 O;
0,002,005 2 Mol 18 O pro Mol 16 O.

Diese Zusammensetzung ist die des Referenzmaterials der Internationalen Atomenergiebehörde (IAEA), bekannt als " Ocean Water Vienna Standard Mean " (VSMOW, englisch Vienna Standard Mean Ocean Water ), wie von der International Union of Pure and Applied . empfohlen Chemie (IUPAC).

2018 wurde beschlossen, die Einheiten des internationalen Systems neu zu definieren .

Von dem 20. Mai 2019Nach der Arbeit des Internationalen Komitees für Maß und Gewicht ändert sich die Definition von Kelvin grundlegend. Anstatt sich auf Änderungen des Wasserzustands zu verlassen, um die Skala zu definieren, stützt sich die neue Definition auf die äquivalente Energie, wie sie durch die Boltzmann-Gleichung gegeben ist .

Neue Definition Der Wert des Kelvins, K, wird definiert, indem der numerische Wert der Boltzmann-Konstante auf genau 1,380 649 × 10 −23 J K −1 (oder s −2 m 2 kg K −1 ) festgelegt wird.

Die Kelvin ist somit die thermodynamische Temperaturänderung aus einer Änderung der thermischen Energie resultierende von oder Einheiten Wirkungs $h$ pro Sekunde . $kT$ ${\ displaystyle 1.380 \, 649 \ mal 10 ^ {- 23} \ mathrm {J}}$ ${\ displaystyle {\ frac {1,380 \, 649 \ mal 10 ^ {- 23}} {6,626 \, 070 \, 15 \ mal 10 ^ {- 34}}}}$

Mehrere

Vielfache und Teilmengen des Kelvin

10 N	Einheit mit Präfix	Symbol	Nummer
10 24	yottakelvin	YK	Billiarde
10 21	Zettakelvin	ZK	Trilliard
10 18	exakelvin	EK	Billion
10 15	Petakelvin	PK	Billard
10 12	Terakelvin	TK	Billion
10 9	Gigakelvin	GK	Milliarde
10 6	Mega-Wein	MK	Million
10 3	Kilokelvin	kK	Tausend
10 2	Hektokelvin	hK	Hundert
10 1	decakelvin	daK	Zehn
10 0	Kelvin	K	EIN
10 -1	Dezikelvin	dK	Zehntel
10 -2	Zentikelvin	cK	Hundertstel
10 -3	Millikelvin	mK	Tausendstel
10 -6	Mikrokelvin	μK	Millionste
10 -9	Nanokelvin	nK	Milliardstel
10 -12	picokelvin	pK	Milliardstel
10 -15	Femtokelvin	fK	Billard
10 -18	Attokelvin	aK	Billionstel
10 -21	zeptokelvin	zK	Trilliardth
10 -24	Yoctokelvin	yK	Billiardstel

Andere Temperaturskalen

Zur Messung der Temperatur werden verschiedene Skalen verwendet : Skala Newton (gegründet 1700), Romer (1701), F (1724), Réaumur (1731) Delisle (1738) Celsius (von C ) (1742), Rankine (1859), Kelvin ( 1848), Leyden (ca. 1894?), Celsius (1948).

Vergleich von Temperaturskalen

Temperatur	Kelvin	Celsius	Celsius (historisch)	Original fahrenheit	Historische Fahrenheit	Modernes (aktuelles) Fahrenheit	Rankine	Delisle	Newton	Reaumur	Römer
Absoluter Nullpunkt .	0	-273,15	−273.197			-459,67	0	559.725	−90,14	−218,52	-135,90
Niedrigste natürliche Temperatur, die durch Fernerkundung an der Erdoberfläche (nicht in situ ) aufgezeichnet wurde .	180,0	−93,2				−135,8	323,9	289,8	-30.8	-74,6	-41.4
Wasser / Fahrenheit Salzmischung .				0
Ursprung der modernen Celsius-Skala.	273.15	0				32	491.67	150	0	0	7,5
Schmelztemperatur von Wasser (bei Normaldruck ).	273.150.089 (10)	0,000 089 (10)	0	32	32	32.000 160 (18)	491.670 160 (18)	150	0	0	7,5
Temperatur des Tripelpunktes von Wasser .	273.1600 (1)	0,0100 (1)				32.0180 (18)
Durchschnittliche Temperatur an der Erdoberfläche.	288	fünfzehn				59	518,67	127,5	4,95	12	15.375
Durchschnittliche Körpertemperatur des Menschen.	309,95	36,8				98,24	557.91	94,8	12.144	29.44	26.82
Höchste natürliche Temperatur, die auf der Erdoberfläche aufgezeichnet wurde.	329.8	56,7				134	593,67	67,5	18,7	45,3	33,94
Wasserverdampfungstemperatur (bei Normaldruck ).	373.133 9	99,983 9	100	212	212	211.971	671.641	0	33	80	60
Schmelzpunkt von Titan .	1.941	1.668				3 034	3 494	-2 352	550	1334	883
Geschätzte Temperatur der Sonnenoberfläche .	5.800	5 526				9 980	10.440	-8 140	1.823	4.421	2.909
Einige Zahlen in dieser Tabelle wurden gerundet. Die fettgedruckten Werte sind diejenigen, die per Definition der verschiedenen Skalen genau sind (dh die eine unendliche Anzahl von signifikanten Stellen haben). „Kelvin“ wird mit einem kleinen k geschrieben, weil es eine Einheit des Internationalen Systems ist , obwohl es den Namen Lord Kelvin trägt . Das Symbol ist jedoch ein Großbuchstabe K . Aufgenommen per Satellit in der Antarktis am10. August 2010. Moderne Temperaturskalen werden durch den Tripelpunkt von Wasser bei 0,01 ° C definiert , das Ergebnis ist, dass die genau gemessene Schmelztemperatur von Wasser 0,000 089 (10) ° C beträgt. Aufgenommen am 10. Juli 1913 in Furnace Creek in den USA .

Hinweise und Referenzen

Anmerkungen

Andererseits wird das Symbol des Kelvins mit einem Großbuchstaben geschrieben, gemäß der SI-Norm bezüglich des Symbols der Einheiten, deren Name von einem Eigennamen stammt. Der Kleinbuchstabe k ist auch der Anfangsbuchstabe des SI-Symbols für mehrere Einheiten in „Kilo-“: km, kg usw. ; insbesondere ist das Symbol für Kilokelvin kK.
Es gibt jedoch ganz besondere Fälle, in denen wir von negativen Temperaturen in K sprechen, zB für Systeme mit Besetzungsinversion . Diese negative Temperatur (T < 0 K) entspricht jedoch nicht der üblichen Vorstellung von heiß und kalt. Hier ist T die Ableitung $T = \ links ({\ frac {\ partielles U} {\ partielles S}} \ rechts) \!$
Die hier verwendete lange Skala ist die Referenz in französischsprachigen Ländern, insbesondere in Frankreich, in Kanada sowie allgemein in Europa (außer in Großbritannien). Die [kurze Skala wird hauptsächlich von den Vereinigten Staaten von Amerika, Brasilien, Großbritannien und anderen englischsprachigen Ländern außer Kanada verwendet.

Verweise

Einheit der thermodynamischen Temperatur (Kelvin) , Internationales Büro für Maß und Gewicht .
(in) " Heterogeneous ice nucleation is atmosphärische Aerosole: a review of results from Laboratory Experiments " auf atmos-chem-phys.net (Zugriff am 8. Mai 2017).
(in) Thomas Peter , Athanasios Tsias , Beiping Luo und Thomas Koop , „ Wasseraktivität als Determinante für homogene Eiskeime in wässrigen Lösungen “ , Nature , vol. 406 n o 6796,August 2000, s. 611-614 ( ISSN 1476-4687 , DOI 10.1038 / 35020537 , online gelesen , abgerufen am 6. September 2019 ).
CIPM PV 94, Empfehlung 2 CI-2005 , Internationales Büro für Maß und Gewicht [PDF]
(in) JR Laeter JK Böhlke, P. De Bièvre, H. Hidaka, HS Peiser, KJR Rosman, PDP and Taylor (2003), Atomic Weights of the Elements: Review 2000 (IUPAC Technical Report) , Pure and Applied Chemistry, vol. 75, Nr. 6, p. 683–800
Mathieu Grousson, " Messungen: die große Umkehrung " , auf CNRS ,5. September 2018(Zugriff am 28.09.2018 ) .
.
" Resolutionsentwurf A - 26 th Sitzung der GFCM (13-16 November 2018) " [PDF] auf Internationales Büro für Maße und Gewichte 13-16 November 2018 (abgerufen 14. Januar 2019 )
SI-Broschüre: Das Internationale Einheitensystem, 9. Auflage ( online lesen )
NASA, "Die NASA identifiziert den kältesten Ort der Erde " , Le Figaro,11. Dezember 2013(Zugriff am 25. April 2015 ) .
Kommission für Klimatologie, " Press Release n o 956 " , World Meteorological Organization ,13. September 2012(Zugriff am 26. September 2012 ) .