Definice 1 Kelvina

Chcete-li na tuto otázku odpovědět, může pomoci vzít si příklad ze známější oblasti fyziky a poté diskutovat o teplotě.

Po dlouhou dobu byl kilogram (jednotka hmotnosti SI) definován jako hmotnost určitého objektu uchovávaného v trezor v Paříži. Pak lze gram definovat jako tisícinu hmotnosti daného objektu atd. Pokud se nyní zeptáte, jaké jednotky se používají k určení hmotnosti vybraného objektu? pak to nevadí, pokud jsou úměrné rozsahu jednotek, které chcete přijmout. Pokud by vám tedy někdo řekl hmotnost speciálního objektu v librách (např. 2,2 libry), stále byste věděli, že jeden gram je tisícina z toho.

S teplotou to jde podobně. Ve vzájemné rovnováze existuje určitý stav vody, vodní páry a ledu. Tento stav má teplotu nezávislou na jiných detailech, jako je objem, pokud jsou látky čisté a nejsou rozdrceny příliš malé. Tento stav má tedy určitou teplotu. Má jednu jednotku teploty v “ jednotkách trojitého bodu “ (teplotní stupnice, kterou jsem právě vynalezl). Když říkáme, že Kelvin je určitým zlomkem této teploty, říkáme, že teploměr, jehož údaje jsou úměrné absolutní teplotě, musí být kalibrován tak, aby zaregistroval 273,16, když je uveden do rovnováhy s vodou v trojném bodě, pokud si přejeme teploměr ke čtení v kelvinech. Například pokud je teploměr založen na ideálním plynu s konstantním objemem, měl by být přepočítací faktor z tlaku v plynu na indikovanou teplotu číslo, které zajistí, že indikovaná teplota je v trojném bodě 273,16. Pak víte, že váš plynový teploměr dává údaje v kelvinech, a nikdy jste nepotřebovali znát žádné další jednotky. (Všimněte si, že takový teploměr je velmi přesný v širokém rozsahu teplot, ale nelze ho použít pod teplotami několika kelvinů. Abyste se dostali do oblasti s nízkou teplotou, potřebujete jiné typy teploměru. V zásadě je lze všechny kalibrovat dohodnout se, kde se jejich rozsahy překrývají.)

(Děkuji Pieterovi za detail, který je signalizován v komentářích a nyní opraven v textu, ale doufám, že komentář zůstane.)

Komentáře

• To by mělo být 273,16, protože trojný bod je 0,01 ° C.
• @Pieter Díky! Nebyl jsem si jistý ani podrobnostmi, jako je chemické složení. Je užitečné mít tuto přesnost.

To byla stará definice.

Od května je kelvin definován fixací hodnoty Boltzmannovy konstanty: https://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?k

To je v souladu s trojitým bodem konkrétního druhu vody ( VSMOW ) při 273,16 K.

Je to také historicky v souladu se stále starší definicí velikosti stupně Celsia jako 1/100 rozdílu teplot mezi zamrzáním a vařením vody.

Odlišná stupnice pro absolutní teplotu je založena na velikosti stupně na stupnici Fahrenheita. Toto je Rankinova stupnice, kde $ 1 $ kelvin = $ 1,8 \ ^ \ circ $ R.

Upravit: vaše kniha se tedy mýlila. Trojitý bod je na 273,16 $ K, což je $ 0,01 \ ^ \ circ {\ rm C} $ ( protože trojitý bod je o něco vyšší než bod tání ledu při atmosférickém tlaku).

Komentáře

• Dobře, ‚ je stará definice, ale stará definice je to, o co se OP zajímá. Tato odpověď ‚ nepomůže objasnit OP ‚ s mylnou představou, že jednotky používaly k měření teploty trojitého bodu.
• OP by mohlo zajímat, že jeho kniha je mírně zastaralá. A kdybych to napsal jako komentář, někdo by si stěžoval, že jsem to měl napsat jako odpověď. Tyto únavné stížnosti na tomto webu jsou vždy.
• Zkontrolujte moji odpověď zde: hsm.stackexchange.com/questions/6794/…
• Pěkná odpověď, ale bylo by ještě lepší zmínit, proč máte 273,16 $ spíše než OP ‚ s 273,15 $ .
• @badjohn Dobrý návrh. Hotovo.

Z každodenní zkušenosti s teplotou to nemusí být zřejmé, ale má přirozenou nulu bod, nezávisle na jakékoli volbě měřítka.

Teplota souvisí s vnitřním pohybem částic tvořících látku – když veškerý vnitřní pohyb ustane, je teplota nulová.

Můžete si to představit jako koncentraci barviva v nádrži s vodou. Neexistuje žádná nejednoznačnost o tom, co znamená nula: žádné barvivo znamená nulovou koncentraci. Co tedy máte na mysli, když říkáte “ Koncentrace barviva v této nádrži je poloviční než koncentrace v této “ nezávisí na jednotkách, které používáte k určení koncentrací.

Zmatek může nastat ze skutečnosti, že na rozdíl od většiny veličin, které mají přirozenou nulu bodové (hmotnostní, kinetická energie atd.) známé teplotní stupnice mají posun, takže běžně se vyskytující teploty vycházejí jako malá čísla.

Takže odpověď na vaši otázku, která stupnice se používá v definici, je: kdokoli, kdo takový posun nevynucuje.

Trojný bod vody existuje přesně při jedné tlakové teplotě Bod.

Měření teploty pomocí stupnice plynu se provádí nalezením NRT = PV při dvou různých tlacích a jeho snížením na 0, za předpokladu NRT = PV + kV² + …

Takže 1 / 273,16 trojitého bodu pak říká, že 1 kelvin je 1 / 273,16 implikované hodnoty PV, když N = 0.

Takže je to přirozeně se vyskytující událost.

Ve starších dnech byl stupeň definován jako 0 = nějaký studený bod, 1 = nějaký horký bod a stupnice rozdělená na několik stupňů.

Rømerova sada 0 = zmrazení slané a ledové vody, 1 = vroucí voda, rozdělená na 60 stupňů,

Fahrenheit postavil teploměr, díky kterému byly Rømerovy stupně příliš velké, takže rozdělili je na čtvrtiny a použili chladnější nachlazení (v zásadě je refigeration na 0 ° F). Rømerova vícebodová stupnice byla opravena, takže čistá voda zamrzá při 32 ° C a vaří při 212 °.

Celciusova stupnice je čistá voda zamrzá při 0 ° C a vaří při 1 °, děleno na 100 stupňů.

Réaumurův stupeň je expanze 1000 jednotek alkoholu při zmrazení, která stoupá na 40, dokud se neodpaří, ale 80 je vroucí vodou.

Komentáře

• Pro historickou přesnost je třeba zmínit, že pan Celsius tuto stupnici nikdy nezkoušel, zmrazil na 100 a varil na 0.
• Antonova stupnice byla první absolutní stupnicí. Jednalo se o dvě trubice rtuti, z nichž jedna byla zavřená a její tlak byl nastaven tak, aby číst 73 palců rtuti v bodu varu vody. Vzhledem k tomu, že atmosférický tlak byl 29 palců, je podle Paříže rozdíl způsoben PV = NRT, kde je povoleno, aby LHS klesl ze 73 palců na jakýkoli pokojový tlak menší než 29 palců.
• Ze všeho ze stupnic žádná nevyhovuje jak použití stupňů Fahrenheita / Celcius (kde normální studený až horký běh od 0 do 100), tak absolutní stupnici. Místo toho se nejlepším řešením zdá být použití 1,5násobku kelvinu (nebo gorem), který umožňuje zmrazení vody při 410 a teplotě varu při 560 (takže rozmezí 400-500 běží od -6,67 C do + 46,67 C) a 970 je teplota nejteplejší vody může být. Plynová stupnice pro vaření běží na 600 + 20 GM.
• @ wendy.krieger Díky … z vaší odpovědi jsem se naučil nejvíce!
• ‚ Nevím R ø mer měl teplotní stupnici!Byl jsem na několika místech s jeho jménem .

Tuto otázku jsem četl jako otázku, jak vlastně určujeme úplnou stupnici z toho, že na ní máme pouze dva jednotlivé body. Což není zdaleka triviální.

Historicky lidé nejprve vyráběli teploměry, například dávkováním kapaliny do pevného objemu s připojenou tenkou trubkou. Poté tyto teploměry nakalibrovali získáním hodnoty pro vroucí vodu (100 ° C) a její bod tuhnutí (0 ° C). Mezi tím jednoduše připojili lineární měřítko. A ať už tato stupnice řekla 50 ° C, tak se tomu říkalo 50 ° C.

To fungovalo překvapivě dobře. Máte-li dvě sklenice vody o různých teplotách a smícháte-li je dohromady, dostanete teplotu, která je velmi blízká střední hodnotě teploty měřené výše. To je samo o sobě náhoda a závisí to na téměř konstantní tepelné kapacitě látky. Pokud však vezmete látku, která významně mění svou tepelnou kapacitu, experimentální průměrná teplota nebude matematickým průměrem.

Přesnější definice teploty je uvedena pouze v statistická mechanika: Zde je teplota definována jako $$ T = \ frac {dE} {dS (E)} $$ , kde $ E $ je energie systému a $ S (E) $ je entropie systému. Boltzmannova konstanta $ k_B $ , která je součástí definice entropie, spojuje Joule s Kelvinem v této rovnici. Tato definice jako taková slouží k definování stupnice Kelvina a následně všech ostatních teplotních stupnic, které používáme.