Кельвин — история и введение международной шкалы измерения температуры

Кельвин — международная система единиц измерения температуры, названная в честь известного физика Уильяма Томсона, Лорда Кельвина. Шкала Кельвина измеряет тепловое движение атомов и молекул вещества, где 0 К соответствует абсолютному нулю, а каждый градус Кельвина (К) равен одной тысячной доле разницы в температуре между точками, в которых находятся недегенерированный идеальный газ.

История развития шкалы Кельвина берет свое начало с работы Лорда Кельвина, который в 1848 году предложил использовать абсолютную шкалу температуры для учета свойств абсолютного нуля. Он установил, что минимальная температура, которую можно достичь, составляет -273,15 °C или 0 K. Эта точка стала нулевой отметкой на шкале Кельвина.

Шкала Кельвина является стандартной международной шкалой измерения температуры и широко применяется в научных и технических областях. В отличие от шкал Цельсия и Фаренгейта, шкала Кельвина не имеет отрицательных значений и измеряет абсолютную температуру. Это позволяет проводить точные и сопоставимые измерения в различных условиях.

Что такое Кельвин и зачем он нужен?

Основная причина использования шкалы Кельвина заключается в её абсолютности. Ноль градусов по Кельвину (0 К) соответствует абсолютному нулю, абсолютно отсутствующей температуре, при которой молекулярное движение прекращается. Это делает шкалу Кельвина особенно полезной для научных исследований и решения фундаментальных физических задач.

Кроме того, шкала Кельвина является международной, поэтому она общепризнана и используется во всем мире. Это позволяет установить единые стандарты в научных и технических исследованиях, обмене информацией и сравнении результатов экспериментов.

В отличие от других шкал, таких как Цельсий или Фаренгейт, шкала Кельвина не имеет отрицательных значений. Таким образом, отсчет температуры в Кельвинах является более удобным и точным, особенно при работе с крайне низкими температурами.

История открытия Кельвина

В 1848 году Кельвин сформулировал свой теоретический подход к определению абсолютной температуры в рамках второго начала термодинамики. Он утверждал, что при наступлении абсолютного нуля все процессы перестают происходить, и вещество полностью лишается тепловой энергии.

Оказавшись на основе микроскопических принципов и молекулярной физики, шкала Кельвина получила широкое признание ученых и стала международным стандартом для измерения абсолютной температуры. Ее основным переводным элементом является вещество, которое можно найти только в Шотландии: гранитный куб установленный в Общем национальном музее Кельвингров в Глазго.

Сравнение Кельвина с другими шкалами измерения температуры

Существует несколько шкал измерения температуры, каждая из которых имеет свои особенности. Сравнение Кельвина с другими шкалами позволяет лучше понять их различия и преимущества.

Цельсий — одна из наиболее распространенных шкал. Ее ноль соответствует точке замерзания воды, а сто градусов — точке кипения при нормальном атмосферном давлении. Кельвин и Цельсий имеют одинаковый размер градуса, но начало шкалы у них различается.

Фаренгейт — шкала, которую используют в США и некоторых других странах. Ноль градусов Фаренгейта соответствует низшей температуре, достигнутой Габриэлем Даниэлем Фаренгейтом, смесью солей и льда. Сто градусов Фаренгейта соответствует температуре, которую Фаренгейт считал температурой тела человека без течения крови.

Кельвин, в отличие от Цельсия и Фаренгейта, начинает свою шкалу с абсолютного нуля — столь низкой температуры, при которой все молекулы перестают двигаться. Поэтому Кельвин является абсолютной шкалой и используется в научных расчетах и в физике.

Сравнение различных шкал измерения температуры позволяет увидеть их разные точки отсчета и единицы измерения. Кельвин олицетворяет абсолютный ноль и широко используется в научных исследованиях, Цельсий — шкала повседневного использования, а Фаренгейт — особенность некоторых стран.

Применение Кельвина в науке и технике

Шкала Кельвина имеет широкое применение в науке и технике, где точность и единообразие измерений температуры играют важную роль.

Наука:

Кельвин является основной шкалой измерения температуры в физике и химии. Он широко используется при изучении физических явлений, таких как расширение веществ при нагревании или охлаждении, изменение электрического сопротивления, тепловое излучение и ферментативные реакции.

Термодинамика, одна из основных наук, изучает отношения между температурой и другими физическими величинами, включая давление, объем и энергию. В теории тепловых двигателей, использование Кельвина позволяет точно определить эффективность работы двигателей и рассчитать пределы, достижимые при совершении работы с использованием теплоты.

Техника:

Кельвин также широко применяется в различных отраслях техники, где важны точные измерения температуры.

В метрологии, измерение температуры с использованием Кельвина является стандартным, что позволяет обеспечить единообразие измерений в различных областях промышленности.

В аэронавтике и космической технике, точные измерения температуры критически важны для работы двигателей и систем охлаждения космических аппаратов.

Медицина также пользуется шкалой Кельвина. Температура играет важную роль в диагностике и контроле заболеваний, а точность измерений с использованием Кельвина помогает врачам определить состояние пациента и принять соответствующие меры.

Таким образом, шкала Кельвина имеет огромное значение в науке и технике, обеспечивая точные и единообразные измерения температуры в различных областях деятельности.

Как преобразовать температуры в Кельвин?

Шкала Кельвина — это абсолютная шкала измерения температуры, в которой ноль Кельвина (K) соответствует абсолютному нулю, наименьшей температуре, которая теоретически возможна и равна -273.15 градусам Цельсия (°C).

Чтобы преобразовать температуру из градусов Цельсия в Кельвины, нужно к значению температуры в градусах Цельсия прибавить 273.15. Например, для преобразования 25 градусов Цельсия (°C) в Кельвины (K), нужно прибавить 273.15: 25°C + 273.15 = 298.15 K.

Точно так же, для преобразования температуры из градусов Фаренгейта (°F) в Кельвины используется формула: K = (°F + 459.67) * (5/9).

Преобразование температуры в шкалу Кельвина может быть полезным при проведении научных исследований, а также при работе с физическими и химическими процессами, где абсолютная температура имеет важное значение.

Особенности Кельвина и его использование

Основное отличие Кельвина от других шкал измерения температуры, таких как Цельсий или Фаренгейт, заключается в том, что ноль Кельвина (0 K) представляет абсолютный ноль температуры, при котором молекулы перестают двигаться. Все значения температуры на шкале Кельвина положительные.

В основном, шкала Кельвина используется в научных и технических расчетах, где необходима точность и согласованность в измерении температуры. Это особенно полезно в физике и химии, где малейшие изменения в температуре могут оказывать значительное влияние на процессы и свойства вещества.

Кельвин также используется в некоторых областях инженерии, таких как аэрокосмическое и электронное оборудование, а также в метеорологии для измерения экстремальных и низких температур.

Важно отметить, что шкала Кельвина является абсолютной и не зависит от каких-либо особенностей вещества. Это позволяет проводить сравнения и расчеты на основе универсального стандарта температуры.

Таблица сравнения показывает соответствие температуры на шкале Кельвина и иных шкалах, таких как Цельсий и Фаренгейт. Таким образом, можно легко переводить температуру из одной шкалы в другую.

Как правильно измерять температуру в Кельвинах?

При использовании показательного термометра необходимо поместить его в среду, в которой требуется измерить температуру, и дождаться стабилизации показаний. Затем нужно считать значение, которое отображается на шкале термометра. Это и будет значение температуры в Кельвинах.

При использовании электронного термометра нужно включить его и ждать, пока он покажет стабильное значение температуры. Затем нужно прочитать значение, которое отображается на дисплее. Это и будет значение температуры в Кельвинах.

При измерении температуры в Кельвинах важно помнить, что эта шкала измерения имеет абсолютный нуль, который равен -273,15 градусов Цельсия. Это означает, что ниже этой температуры невозможно достичь, и температура не может быть отрицательной в шкале Кельвина.

Также следует учесть, что измерение температуры может быть влияно окружающими факторами, такими как солнечное излучение или тепловое излучение от других объектов. Поэтому важно производить измерения в условиях, минимально влияющих на точность результатов.

Точность измерения температуры по Кельвину

Измерение температуры по Кельвину предлагает гораздо более высокую точность по сравнению с другими шкалами, такими как Цельсий или Фаренгейт. Это связано с тем, что Кельвин использует абсолютный нулевой уровень, который соответствует отсутствию движения молекул и атомов.

В современных научных исследованиях Кельвином часто используется международная система единиц СИ, которая позволяет измерять температуру с высокой точностью и взаимной согласованностью с другими физическими величинами.

Точность измерения по Кельвину особенно важна для научных исследований, где требуется высокая точность и повторяемость результатов. Кроме того, измерение по Кельвину позволяет более точно определять абсолютную нулевую температуру, которая имеет важное значение для изучения свойств вещества при экстремально низких температурах.

Итак, использование Кельвина в измерении температуры обеспечивает максимально возможную точность и согласованность результатов, что делает его предпочтительным выбором для научных исследований и промышленных приложений, где требуется высокая точность измерений температуры.

Преимущества и недостатки шкалы Кельвина

Шкала Кельвина, которая также известна как абсолютная шкала температур, имеет как свои преимущества, так и недостатки.

Одним из главных преимуществ шкалы Кельвина является ее абсолютный ноль. В отличие от других шкал измерения температуры, ноль на шкале Кельвина соответствует абсолютному отсутствию тепла. Это означает, что нет отрицательных температур на шкале Кельвина и она более точна при измерении очень низких температур.

Также, шкала Кельвина имеет логарифмическую зависимость между температурой и энергией. Это позволяет удобно проводить расчеты и измерять изменения температуры в физических и химических процессах. Кроме того, шкала Кельвина является системой Международной системы единиц (СИ), что значит, что ее применение разделяется между различными дисциплинами науки и инженерии.

Но несмотря на все преимущества, шкала Кельвина также имеет некоторые недостатки. Она не очень интуитивна для большинства людей, так как температура в Кельвинах может отличаться от привычных значений в Цельсиях или Фаренгейтах. Также, из-за своей абсолютной природы, она не может быть использована для измерения разницы в температуре без использования соответствующих оборудования и формул.

Таким образом, шкала Кельвина имеет свои сильные и слабые стороны, и ее использование зависит от конкретных нужд и задач, с которыми сталкиваются ученые, инженеры и исследователи в различных областях.