Kelvin

Kelvin (Symbol K, nicht °K) ist die SI-Basiseinheit der Temperatur. Der Nullpunkt ist der absolute Nullpunkt – die theoretische Mindesttemperatur, bei der jede molekulare Bewegung erlischt – und entspricht −273,15 °C bzw. −459,67 °F.

Kelvin verwendet dieselbe Schrittweite wie Celsius: Eine Temperaturänderung von 1 K ist identisch mit einer Änderung von 1 °C. Die beiden Skalen unterscheiden sich nur im Versatz:

• Wasser gefriert bei 273,15 K (0 °C)
• Wasser siedet bei 373,15 K (100 °C)
• Körpertemperatur: ~310 K
• Raumtemperatur: ~293–298 K

Verwendet in: der wissenschaftlichen Arbeit allgemein, der Farbtemperatur (warmweiße Lichter ~2700 K, Tageslicht ~5500 K, blauer Himmel ~10000 K), thermodynamischen Gleichungen, in denen die absolute Temperatur zählt (Gasgesetze, Stefan-Boltzmann), und in jedem Kontext, in dem Verhältnisse von Temperaturen physikalisch sinnvoll sein müssen (ein Verhältnis von Celsius-Temperaturen über 0 °C hinweg ist bedeutungslos, weil Celsius einen willkürlichen Nullpunkt hat).

Seit 2019 ist Kelvin über die Boltzmann-Konstante definiert statt über den Tripelpunkt des Wassers. Die Definitionsänderung erhielt jeden praktischen Wert innerhalb der messtechnischen Genauigkeit; auf keinem Thermometer wird deshalb etwas anderes abgelesen.

Warum kein Gradzeichen? Bis 1968 wurden Kelvin-Temperaturen wie Celsius und Fahrenheit als „°K“ geschrieben. Die 13. CGPM strich in jenem Jahr das Gradzeichen mit der Begründung, Kelvin sei ein Maß einer absoluten thermodynamischen Größe und keine Position auf einer willkürlichen Skala – dieselbe Logik, die Meter, Joule und Ampere kein Zeichen gibt. Modernes wissenschaftliches Schreiben verwendet strikt „K“ ohne „°“. Die Großschreibungsregel von 1948 (die Einheit ist „kelvin“ kleingeschrieben, das Symbol aber „K“ großgeschrieben, wie volt/V und pascal/Pa) wurde eigens eingeführt, um William Thomson, Lord Kelvin, zu ehren und die Einheit zugleich als normales Substantiv zu belassen.

Praktische Kelvin-Bereiche, die niemand nennt: Flüssiger Stickstoff siedet bei 77 K (−196 °C) – günstig genug, dass Universitäten ihn für Chemievorführungen in Schalen gießen. Helium verflüssigt sich bei 4,2 K, der Temperatur, bei der die meisten supraleitenden Magneten arbeiten (MRT-Geräte, Teilchenbeschleuniger). Die kosmische Hintergrundstrahlung liegt bei 2,725 K – die wortwörtliche Temperatur des Universums, aus jeder Richtung gemessen. Die tiefsten je im Labor erzeugten Temperaturen liegen im Pikokelvin-Bereich (10⁻¹² K), erreicht durch lasergekühlte Rubidiumatome; der absolute Nullpunkt von 0 K bleibt nach dem dritten Hauptsatz der Thermodynamik unerreichbar. Verwandt: Temperatur-Umrechner, Farbtemperatur. Quelle: BIPM-SI-Broschüre – Kelvin-Definition.

Durchgerechnetes Beispiel

Rechnen Sie eine angenehme Raumtemperatur von 22 °C in Kelvin und zurück um. Kelvin = Celsius + 273,15, also 22 + 273,15 = 295,15 K. Um die pro Quadratmeter abgestrahlte Leistung eines Objekts bei dieser Temperatur mit dem Stefan-Boltzmann-Gesetz j = σT⁴ zu berechnen (σ = 5,670374419×10⁻⁸ W·m⁻²·K⁻⁴), müssen Sie Kelvin verwenden: j = 5.67e-8 × 295,15⁴ ≈ 430 W/m². Den Celsius-Wert (22) in T⁴ einzusetzen ergäbe ~13 W/m² – um den Faktor 33 falsch, weil T⁴ auf einer Skala, deren Nullpunkt willkürlich ist, bedeutungslos ist. Nun die Umkehrung für einen 3000 K heißen Glühlampenfaden: 3000 − 273,15 = 2726,85 °C – das ist die wortwörtliche Fadentemperatur, nicht die auf der Verpackung gedruckte Farbtemperaturangabe (obwohl sie hier zufällig übereinstimmen, weil die Lampe als nahezu schwarzer Körper strahlt).

Wann und warum es zählt

Sie brauchen Kelvin immer dann, wenn die Physik eine absolute Temperatur einbezieht: Gasgesetz-Berechnungen (PV = nRT), Wärmestrahlung (Stefan-Boltzmann, Wiensches Verschiebungsgesetz), Arrhenius-Gleichungen für Reaktionsgeschwindigkeiten, Berechnungen des Rauschpegels für Funkempfänger (kTB-Rauschen) und die Wahl von LED-/Bildschirm-Weißpunkten (ein 6500-K-Display entspricht D65-Tageslicht; 2700 K ahmt warmes Wolframlicht nach). Der Fehler, den Menschen machen: zwei Celsius-Temperaturen voneinander abzuziehen und die Differenz als Verhältnis zu behandeln. Ein Sprung von 10 °C auf 20 °C ist nicht „doppelt so heiß“ – in Kelvin sind es 283,15 → 293,15 K, nur eine Änderung von 3,5 % der absoluten thermischen Energie. Quelle: NIST – SI-Einheiten: Temperatur.