Kelvin

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na navigaci Skočit na vyhledávání
Znak
Název v UnicoduKelvin sign
Kódovánídechex
Unicode8490U+212a
UTF-8226 132 170e2 84 aa
Číselná entitaKK

Kelvin [K] je jednotkou termodynamické teploty a také vhodnou[1] jednotkou teplotního rozdílu, stejně velkou, jako je stupeň Celsia – na rozdíl od něj se užívá i v jednotkách odvozených, jako W/(m·K)[2]. Může mít též předponu, jako mili v jednotce mK.

Kelvin je jednou ze sedmi základních jednotek soustavy SI.

Tento článek je o jednotce teploty. Další významy jsou uvedeny na stránce Kelvin (rozcestník).

Zavedení pojmu kelvin[editovat | editovat zdroj]

Kelvin je jednou ze sedmi základních jednotek soustavy SI. Dlouhou dobu byl definován dvěma hodnotami:

V rámci změny definic základních fyzikálních jednotek[3] byla přijata 20. května 2019 i nová definice kelvinu (fixací Boltzmannovy konstanty a převodem teploty na energii: ).

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]

CelsiusKelvinThermometer.jpg

Celsiova stupnice[editovat | editovat zdroj]

Stupnice pro Celsiův stupeň[4] má stejný rozdíl teplot 1 °C = 1 K, ale posunutý počátek: 0 °C odpovídá 273,15 K, takže

,
,

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[5] je Fahrenheitova stupnice posunutá tak, aby vycházela z absolutní nuly. Stupeň Rankina je stejně velký jako stupeň Fahrenheita, takže 1 °R = 1 °F a platí

,

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

Z toho vyplývá pro hodnoty teploty:

0 K = 0 °R
273,15 K = 491,67 °R ( = 0 °C)
373,15 K = 671,67 °R ( = 100 °C)

Fahrenheitova stupnice[editovat | editovat zdroj]

Stupnice pro Fahrenheitův stupeň[6] má rozdíl teplot stejný jako Rankinova, 1 °F = 1 °R, ale posunutý začátek: 32 °F odpovídá 273,15 K, takže

kde °F je teplota ve stupních Fahrenheita, K je teplota v kelvinech.

Z toho vyplývá pro hodnoty teploty:

0 K = −459,67 °F
255,37 K = 0 °F
273,15 K = 32 °F ( = 0 °C)
373,15 K = 212 °F ( = 100 °C)

Réaumurova stupnice[editovat | editovat zdroj]

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

,

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

Z toho vyplývá pro hodnoty teploty:

0 K = −218,52 °Re
273,15 K = 0 °Re ( = 0 °C)
373,15 K = 80 °Re ( = 100 °C)

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:

,

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

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):

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 nebo dřívější stupnice teploty).

Réaumur zavedl svou stupnici na základě lihového teploměru maje za to, že líh se roztahuje s teplotou rovnoměrně.

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. LUDWIG, Howard. Why do engineers sometimes change unit from degrees Celsius to Kelvin when expressing a temperature difference? - Quora [online]. 2017-01-23 [cit. 2018-03-09]. Dostupné online. (anglicky) 
  2. Essentials of the SI: Base & derived units [online]. [cit. 2018-03-09]. Dostupné online. (anglicky) 
  3. Jan Obdržálek: Základní fyzikální jednotky po roce 2011. Metrologie, 2010, 2, p.1-4, ISSN 1210-3543
  4. ISO 80000-5:2007, item 5-2a
  5. ISO 80000-5:2007, item 5-1.A.a
  6. ISO 80000-5:2007, item 5-2.A.a
  7. ISO 80000-9:2007, item 9-43
  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. (čes.) 
  • KVASNICA, Jozef. Statistická fyzika. 2. vyd. Praha: Academia, 1998. 314 s. ISBN 80-200-0676-1. (čes.) 
  • SVOBODA, Emanuel; BAKULE, Roman. Molekulová fyzika. Praha: Academia, 1992. 276 s. ISBN 80-200-0025-9. (čes.) 
  • OBDRŽÁLEK, Jan. Úvod do termodynamiky, statistické fyziky a molekulové fyziky. Praha: MatFyzPress, Nakladatelství MFF UK, 2015. ISBN 978-80-7378-287-0. (čes.) 
  • OBDRŽÁLEK, Jan. Řešené příklady z termodynamiky, statistické fyziky a molekulové fyziky. Praha: MatFyzPress, Nakladatelství MFF UK, 2015. ISBN 978-80-7378-300-6. (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 EN ISO 80000-5:2011, Veličiny a jednotky - Část 5: Termodynamika
  • ČSN EN ISO 80000-9:2011, Veličiny a jednotky - Část 9: Fyzikální chemie a molekulová fyzika

Externí odkazy[editovat | editovat zdroj]

  • Slovníkové heslo kelvin ve Wikislovníku