Kelvin

Kelvin (sembol K, °K değil), sıcaklığın SI temel birimidir. Sıfır noktası mutlak sıfırdır — tüm moleküler hareketin durduğu teorik minimum sıcaklık — −273,15°C veya −459,67°F'ye eşittir.

Kelvin, Celsius ile aynı adım büyüklüğünü kullanır: 1 K'lik bir sıcaklık değişimi, 1°C'lik değişimle aynıdır. İki ölçek yalnızca ofsette farklılık gösterir:

• Su 273,15 K'de (0°C) donar
• Su 373,15 K'de (100°C) kaynar
• Vücut sıcaklığı: ~310 K
• Oda sıcaklığı: ~293-298 K

Kullanıldığı yerler: bilimsel çalışmalarda evrensel olarak, renk sıcaklığında (ılık beyaz ışıklar ~2700 K, gün ışığı ~5500 K, mavi gökyüzü ~10000 K), mutlak sıcaklığın önemli olduğu termodinamik denklemlerde (gaz yasaları, Stefan-Boltzmann) ve sıcaklık oranlarının fiziksel anlam taşıması gereken her bağlamda (0°C'nin ötesindeki Celsius sıcaklıklarının oranı, Celsius'un keyfi bir sıfıra sahip olması nedeniyle anlamsızdır).

2019'dan itibaren Kelvin, suyun üçlü noktası yerine Boltzmann sabiti aracılığıyla tanımlanmaktadır. Tanım değişikliği, tüm pratik değerleri metroloji hassasiyetinin içinde korudu; bir termometredeki hiçbir şey bunun nedeniyle farklı okumaz.

Neden derece sembolü yok? 1968'e kadar kelvin sıcaklıkları, Celsius ve Fahrenheit gibi "°K" olarak yazılırdı. 13. CGPM o yıl, kelvinin keyfi bir ölçekteki konumdan ziyade mutlak termodinamik miktarın ölçüsü olduğu gerekçesiyle derece sembolünü kaldırdı — aynı mantık metre, joule ve ampere sembol vermez. Modern bilimsel yazımlarda kesinlikle "°" olmadan "K" kullanılır. 1948'deki büyük harf kuralı (birim "kelvin" küçük harf, sembol "K" büyük harf — volt/V ve pascal/Pa gibi), birimi normal bir isim olarak korurken William Thomson, Lord Kelvin'i onurlandırmak amacıyla özel olarak benimsendi.

Kimsenin aktarmadığı pratik kelvin aralıkları: sıvı azot 77 K'de (−196°C) kaynar — üniversitelerin kimya gösterileri için kaplara döktüğü kadar ucuz. Helyum 4,2 K'de sıvılaşır; bu, çoğu süperiletken mıknatısın (MRI cihazları, parçacık hızlandırıcıları) çalıştığı sıcaklıktır. Kozmik mikrodalga arka plan 2,725 K'dedir — her yönden ölçülen evrenin kelimenin gerçek anlamıyla sıcaklığı. Laboratuvarda üretilen en düşük sıcaklıklar, lazer soğutmalı rubidyum atomlarıyla elde edilen pikokelvin aralığındadır (10⁻¹² K); 0 K'lik mutlak sıfır, termodinamiğin üçüncü yasası gereği erişilemez olmaya devam eder. İlgili: sıcaklık dönüştürücü, renk sıcaklığı. Referans: BIPM SI Broşürü — Kelvin tanımı.

Çalışılmış örnek

22°C rahat oda sıcaklığını kelvine ve geri dönüştürün. Kelvin = Celsius + 273,15, dolayısıyla 22 + 273,15 = 295,15 K. Stefan-Boltzmann yasasını kullanarak o sıcaklıktaki bir nesne tarafından metrekare başına yayılan ışıma gücünü hesaplamak için j = σT⁴ (σ = 5,670374419×10⁻⁸ W·m⁻²·K⁻⁴), kelvin kullanmalısınız: j = 5,67e-8 × 295,15⁴ ≈ 430 W/m². Celsius değerini (22) T⁴'e eklemek ~13 W/m² verir — 33 kat yanlış; zira T⁴, sıfırı keyfi olan bir ölçekte anlamsızdır. Şimdi 3000 K akkor ampul flamanı için tersi yapın: 3000 − 273,15 = 2726,85°C — bu gerçek flaman sıcaklığıdır; kutudaki renk sıcaklığı etiketiyle değil (ampul neredeyse siyah cisim olarak ışıdığından ikisi burada tesadüfen örtüşür).

Ne zaman ve neden önemli

Fiziğin mutlak sıcaklığı içerdiği her durumda kelvine ihtiyacınız vardır: gaz yasası hesaplamaları (PV = nRT), ısıl radyasyon (Stefan-Boltzmann, Wien'in kayma yasası), reaksiyon hızı Arrhenius denklemleri, radyo alıcılarının gürültü tabanı hesaplamaları (kTB gürültüsü) ve LED/ekran beyaz noktalarını seçme (6500 K ekran D65 gün ışığıyla eşleşir; 2700 K ılık tungsteni taklit eder). İnsanların yaptığı hata: iki Celsius sıcaklığını çıkarıp farkı oran olarak ele almak. 10°C'den 20°C'ye sıçramak "iki kat daha sıcak" değildir — kelvinde bu 283,15 → 293,15 K, mutlak termal enerjide yalnızca %3,5 değişim. Referans: NIST — SI birimleri: sıcaklık.