Kelvin

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání
Tento článek pojednává o jednotce teploty. Další významy jsou uvedeny v článku Kelvin (rozcestník).

Zavedení pojmu kelvin[editovat | editovat zdroj]

CelsiusKelvinThermometer.jpg

Kelvin (značka K)[1] je jednotkou termodynamické teploty.

Kelvin je jednou ze sedmi základních jednotek soustavy SI. Je definován dvěma hodnotami:

V rámci očekávané změny definic základních fyzikálních jednotek[2] se připravuje i nová definice kelvinu (fixací Boltzmannovy konstanty).

Rozdíl teplot jeden stupeň v Celsiově i Kelvinově stupnici je stejný, 1 K ≅ 1 °C. Stupnice však mají různé počátky: 0 °C odpovídá 273,15 K.

Kelvinovu stupnici měření teplot navrhl skotský matematik a fyzik William Thomson, který byl za své výrazné vědecké úspěchy povýšen do šlechtického stavu pod jménem lord Kelvin.

Přepočet na jiné stupnice[editovat | editovat zdroj]

Celsiova stupnice[editovat | editovat zdroj]

Stupnice pro Celsiův stupeň[3] má stejný rozdíl teplot 1 °C = 1 K, ale posunutý počátek: 0 °C odpovídá 273,15 K, takže

K/\mathrm{K} = C/ ^\circ\mathrm{C} + 273{,}15\, ,
C/\mathrm{ ^\circ C} = K/\mathrm{K} - 273{,}15\, ,

kde C je teplota ve stupních Celsia, K je teplota v kelvinech.

Z toho vyplývá pro hodnoty teploty:

0 K = −273,15 °C
0 °C = +273,15 K
100 °C = +373,15 K

Rankinova stupnice[editovat | editovat zdroj]

Stupnice pro Rankinův stupeň[4] má stejný počátek jako Kelvinova, ale jiný rozdíl teplot: 180 °R = 100 K, takže

R/ ^\circ\mathrm{R} = \frac{9}{5}K/\mathrm{K}\, ,

kde R je teplota ve stupních Rankina, K je teplota v kelvinech.

Z toho vyplývá pro hodnoty teploty:

0 K = 0 °R
0 °C = 459,67 °R
100 °C = 639,67 °R

Fahrenheitova stupnice[editovat | editovat zdroj]

Stupnice pro Fahrenheitův stupeň[5] má rozdíl teplot stejný jako Rankinova, 1 °F = 1 °R, ale posunutý začátek: 32 °F odpovídá 0 °C, takže

F/ ^\circ\mathrm{F} = \frac{9}{5}C/ ^\circ\mathrm{C} +32\, ,

kde F je teplota ve stupních Fahrenheita, C je teplota ve stupních Celsia.

Z toho vyplývá pro hodnoty teploty:

0 K = −427,67 °F
-40 °C = −40 °F
0 °C = 32 °F
100 °C = 212 °F

Réaumurova stupnice[editovat | editovat zdroj]

Stupnice pro Réaumurův stupeň má stejný počátek jako Celsiova, ale jiný rozdíl teplot: 100 °C = 80 °Re, takže

Re/ ^\circ\mathrm{Re} = 0{,}8\ K/\mathrm{K} - 218{,}52 = 0{,}8\,C/ ^\circ\mathrm{C}\, ,

kde Re je teplota ve stupních Réaumura, K je teplota v kelvinech.

Z toho vyplývá pro hodnoty teploty:

0 K = −218,52 °Re
0 °C = 0 °Re
100 °C = 80 °Re

Teplota a energie[editovat | editovat zdroj]

Molekulová a statistická fyzika dokazují, že střední kinetická energie Ek částic tvořících soustavu má v klasické aproximaci (ekvipartiční teorém) vlastnost teploty, tj. aby dvě soustavy 1, 2 byly navzájem v rovnováze, musejí mít částice, které je tvoří, stejné střední kinetické energie: Ek1 = Ek2. To umožňuje měřit teplotu pomocí energie:

 E = k T ,

kde konstantou k úměrnosti je Boltzmannova konstanta[6]. V soustavě SI (v jednotkách J pro energii a K pro teplotu) má hodnotu[7].

 k  = 1,380\,650\, 4(24) \cdot 10^{-23}\mathrm{J/K}

V jaderné fyzice se energie často měří elektronvolty, eV; k přepočtu se použije táž rovnice E = k T, jen Boltzmannova konstanta bude vyjádřena v eV/K. Platí tyto ekvivalence (zaokrouhleno):

 1\;\mathrm{K}\ \hat=\ 8,617 \cdot 10^{-5}\;\mathrm{eV}
 1\;\mathrm{eV}\ \hat=\ 1,160 \cdot 10^{4}\;\mathrm{K}
 1\;\mathrm{K}\ \hat=\ 1,381 \cdot 10^{-23}\;\mathrm{J}
 1\;\mathrm{J}\ \hat=\ 7,243 \cdot 10^{22}\;\mathrm{K}

Barevná teplota světla[editovat | editovat zdroj]

V kelvinech se rovněž udává barevná teplota světla (přesněji: teplota záře[8]), zejména umělých světelných zdrojů – žárovek, zářivek a podobně. To je významné zejména pro snímání a záznam světla pro fotografie a film či video. Vnímaná barva světla černého tělesa rozežhaveného na danou teplotu T je určena jednak spektrální září[9] L(λ, T) podle Planckova zákona[10], jednak poměrnou spektrální světelnou účinností[11] standardního fotometrického pozorovatele[12].

Zajímavosti[editovat | editovat zdroj]

Teplota 0 °C („bod mrazu“) je teplota, kdy je v rovnováze led, kapalná voda a vzduch nasycený vodní parou. Není to tedy přesně teplota trojného bodu, kdy je v rovnováze led, voda a pára (beze vzduchu). Teplota trojného bodu je 0,01 °C.

Do roku 1967 se používal termín „stupeň Kelvina“ a značka °K. Roku 1967 však tuto značku zrušila Generální konference pro míry a váhy. Termín „stupeň“ jako část názvu jednotky nadále užívá jen pro stupnice původem empirické (např. stupnice tvrdosti).

Poznámky[editovat | editovat zdroj]

  1. Záporné termodynamické teploty (např. spinových systémů) nejsou nižší než absolutní nula, ale naopak vyšší než nekonečná teplota ve statistickém pojetí.

Reference[editovat | editovat zdroj]

  1. ISO 80000-5:2007, item 5-1a
  2. Jan Obdržálek: Základní fyzikální jednotky po roce 2011. Metrologie, 2010, 2, p.1-4, ISSN 1210-3543
  3. ISO 80000-5:2007, item 5-2a
  4. ISO 80000-5:2007, item 5-1.A.a
  5. ISO 80000-5:2007, item 5-2.A.a
  6. ISO 80000-9:2007, item 9-43
  7. CODATA 2006
  8. ČSN IEC 50(845):1996, Mezinárodní elektrotechnický slovník IEV, kap. 845 (Osvětlení), pol. 845-04-13
  9. ČSN IEC 50(845):1996, Mezinárodní elektrotechnický slovník IEV, kap. 845 (Osvětlení), pol. 845-01-34
  10. ČSN IEC 50(845):1996, Mezinárodní elektrotechnický slovník IEV, kap. 845 (Osvětlení), pol. 845-04-05
  11. ČSN IEC 50(845):1996, Mezinárodní elektrotechnický slovník IEV, kap. 845 (Osvětlení), pol. 845-01-22
  12. ČSN IEC 50(845):1996, Mezinárodní elektrotechnický slovník IEV, kap. 845 (Osvětlení), pol. 845-01-23

Literatura[editovat | editovat zdroj]

  • MILLS, Ian. IUPAC. Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry. Oxford, London, Edinburgh, Cambridge, Carlton Victoria (USA) : Blackwell Scientific publications, 1993. 167 s. ISBN 0-632-03583-8. Kapitola 3; 7, s. 70; 113. (angl.) 
  • KVASNICA, Jozef. Termodynamika. Praha : SNTL/SVTL, 1965. 396 s. ISBN ? 04-019-65. (čes.) 
  • KVASNICA, Jozef. Statistická fyzika. Praha : Academia, 1983. 320 s. ISBN ? 104-21-852. (čes.) 
  • SVOBODA, Emanuel; BAKULE, Roman. Molekulová fyzika. Praha : Academia, 1992. 276 s. ISBN 80-200-0025-9. (čes.) 
  • ISO 80000-5:2007, Quantities and units - Part 5: Thermodynamics
  • ISO 80000-5:2009, Quantities and units - Part 9: Physical chemistry and molecular physics
  • ČSN ISO 80000-5:2011, Veličiny a jednotky - Část 5: Termodynamika
  • ČSN ISO 80000-9:2011, Veličiny a jednotky - Část 9: Fyzikální chemie a molekulová fyzika