Kelvin

Kelvin (simbolo K, non °K) è l’unità SI di base della temperatura. Il punto zero è lo zero assoluto — la temperatura teorica minima alla quale ogni moto molecolare cessa — pari a −273,15 °C o −459,67 °F.

Il kelvin usa la stessa dimensione di passo del Celsius: una variazione di temperatura di 1 K è identica a una variazione di 1 °C. Le due scale differiscono solo nell’offset:

• L’acqua gela a 273,15 K (0 °C)
• L’acqua bolle a 373,15 K (100 °C)
• Temperatura corporea: ~310 K
• Temperatura ambiente: ~293-298 K

Usato in: ricerca scientifica universalmente, temperatura del colore (luci bianche calde ~2700 K, luce diurna ~5500 K, cielo blu ~10000 K), equazioni termodinamiche dove conta la temperatura assoluta (leggi dei gas, Stefan-Boltzmann), e in ogni contesto in cui i rapporti di temperatura devono avere senso fisico (un rapporto di temperature Celsius attorno allo 0 °C è privo di significato perché il Celsius ha uno zero arbitrario).

Dal 2019, il kelvin è definito tramite la costante di Boltzmann anziché tramite il punto triplo dell’acqua. La modifica della definizione ha conservato ogni valore pratico entro la precisione metrologica; nulla su un termometro legge diversamente per questo motivo.

Perché niente simbolo di grado? Fino al 1968, le temperature in kelvin erano scritte “°K” come Celsius e Fahrenheit. Il 13° CGPM ha eliminato il simbolo di grado quell’anno, ragionando che il kelvin misura una grandezza termodinamica assoluta piuttosto che una posizione su una scala arbitraria — la stessa logica per cui metro, joule e ampere non hanno simbolo. La scrittura scientifica moderna usa rigorosamente “K” senza “°”. La regola di capitalizzazione del 1948 (l’unità è “kelvin” in minuscolo, ma il simbolo è “K” maiuscolo, come volt/V e pascal/Pa) fu adottata specificamente per onorare William Thomson, Lord Kelvin, mantenendo l’unità un sostantivo comune.

Gamme di kelvin pratiche che nessuno cita: l’azoto liquido bolle a 77 K (−196 °C) — abbastanza economico da versare in ciotole per esperimenti di chimica universitari. L’elio si liquefa a 4,2 K, la temperatura alla quale operano la maggior parte dei magneti superconduttori (macchine MRI, acceleratori di particelle). Il fondo cosmico a microonde si trova a 2,725 K — la temperatura letterale dell’universo, misurata in qualsiasi direzione. Le temperature più basse mai prodotte in laboratorio sono nell’ordine dei picokelvin (10⁻¹² K), ottenute con atomi di rubidio raffreddati a laser; lo zero assoluto di 0 K rimane irraggiungibile per il terzo principio della termodinamica. Correlato: convertitore di temperatura, temperatura del colore. Riferimento: BIPM SI Brochure — Definizione del kelvin.

Esempio pratico

Converti una comoda temperatura ambiente di 22 °C in kelvin e viceversa. Kelvin = Celsius + 273,15, quindi 22 + 273,15 = 295,15 K. Per calcolare la potenza radiante per metro quadrato emessa da un oggetto a quella temperatura usando la legge di Stefan-Boltzmann j = σT⁴ (σ = 5,670374419×10⁻⁸ W·m⁻²·K⁻⁴), è necessario usare i kelvin: j = 5,67e-8 × 295,15⁴ ≈ 430 W/m². Inserire il valore in Celsius (22) in T⁴ darebbe ~13 W/m² — sbagliato di un fattore 33, perché T⁴ non ha significato su una scala il cui zero è arbitrario. Ora fai l’operazione inversa per il filamento di una lampadina a incandescenza da 3000 K: 3000 − 273,15 = 2726,85 °C — questa è la temperatura letterale del filamento, non l’etichetta di temperatura del colore stampata sulla scatola (anche se qui coincidono perché la lampadina irradia come un quasi-corpo nero).

Quando e perché è importante

Il kelvin è necessario ogni volta che la fisica coinvolge una temperatura assoluta: calcoli delle leggi dei gas (PV = nRT), radiazione termica (Stefan-Boltzmann, legge di spostamento di Wien), equazioni di Arrhenius per la velocità di reazione, calcoli del rumore per ricevitori radio (rumore kTB), e selezione dei punti di bianco LED/schermo (un display a 6500 K corrisponde alla luce diurna D65; 2700 K imita il tungsteno caldo). L’errore comune: sottrarre due temperature Celsius e trattare la differenza come un rapporto. Un salto da 10 °C a 20 °C non è “due volte più caldo” — in kelvin è 283,15 → 293,15 K, solo un cambiamento del 3,5% nell’energia termica assoluta. Riferimento: NIST — Unità SI: temperatura.