La definizione di 1 kelvin

Per rispondere a questa domanda è può aiutare a prendere un esempio da unarea più familiare della fisica e quindi discutere la temperatura.

Per molto tempo il chilogrammo (lunità SI di massa) è stato definito come la massa di un certo oggetto conservato in una volta a Parigi. Quindi il grammo può essere definito come un millesimo della massa di quelloggetto e così via. Se ora chiedi, quali unità vengono utilizzate per dichiarare la massa delloggetto scelto? allora non importa fintanto che sono proporzionali alla scala di unità che vuoi adottare. Quindi, se qualcuno ti dicesse la massa delloggetto speciale in libbre (ad esempio 2,2 libbre), allora sapresti comunque che un grammo è un millesimo di quello.

Con la temperatura va in modo simile. Cè un certo stato di acqua, vapore acqueo e ghiaccio tutti in mutuo equilibrio. Quello stato ha una temperatura indipendente da altri dettagli come il volume, purché le sostanze siano pure e non siano schiacciate troppo piccole. Quindi quello stato ha una certa temperatura. Ha ununità di temperatura in ” unità a tre punti ” (una scala di temperatura che ho appena inventato). Quando diciamo che il Kelvin è una certa frazione di quella temperatura, stiamo dicendo che un termometro le cui indicazioni sono proporzionali alla temperatura assoluta deve essere calibrato in modo da registrare 273.16 quando viene messo in equilibrio con lacqua al punto triplo, se lo desideriamo il termometro per leggere in kelvin. Ad esempio, se il termometro è basato su un gas ideale a volume costante, si dovrebbe fare in modo che il fattore di conversione dalla pressione nel gas alla temperatura indicata sia un numero che assicuri che la temperatura indicata sia 273,16 al punto triplo. Allora sai che il tuo termometro a gas sta dando letture in kelvin e non hai mai avuto bisogno di conoscere altre unità. (Nota, un termometro di questo tipo è molto preciso su un ampio intervallo di temperature, ma non può essere utilizzato al di sotto di temperature di pochi kelvin. Per raggiungere la regione a bassa temperatura occorrono altri tipi di termometro. In linea di principio possono essere tutti calibrati per concordare dove si sovrappongono i loro intervalli.)

(Grazie a Pieter per un dettaglio che è segnalato nei commenti e ora corretto nel testo, ma spero che il commento rimanga.)

Commenti

• Dovrebbe essere 273,16, poiché il punto triplo è a 0,01 C.
• @Pieter Grazie! Non ero nemmeno sicuro di dettagli come la composizione chimica. È utile avere questa precisione.

Questa era la vecchia definizione.

Da maggio, il kelvin è definito fissando il valore della costante di Boltzmann: https://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?k

Ciò è coerente con il punto triplo di un tipo specifico di acqua ( VSMOW ) a 273,16 K.

È anche storicamente coerente con la definizione ancora più antica della dimensione del centigrado come 1/100 della differenza di temperatura tra il congelamento e lebollizione dellacqua.

Una scala diversa per la temperatura assoluta si basa sulla dimensione di un grado sulla scala Fahrenheit. Questa è la scala Rankine dove $ 1 $ kelvin = $ 1.8 \ ^ \ circ $ R.

Modifica: quindi il tuo libro era sbagliato. Il punto triplo è a $ 273.16 $ K, che è $ 0,01 \ ^ \ circ {\ rm C} $ ( poiché il punto triplo è leggermente superiore al punto di fusione del ghiaccio alla pressione atmosferica).

Commenti

• OK, ‘ è la vecchia definizione, ma la vecchia definizione è ciò che interessa a OP. Questa risposta ‘ non aiuta a chiarire lOP ‘ che le unità usate per misurare la temperatura della materia del punto triplo siano.
• OP potrebbe essere interessato a sapere che il suo libro è leggermente obsoleto. E se avessi scritto questo come un commento, qualcuno si sarebbe lamentato che avrei dovuto scriverlo come una risposta. Sempre quelle faticose lamentele su questo sito.
• Controlla la mia risposta qui: hsm.stackexchange.com/questions/6794/…
• Una bella risposta ma sarebbe ancora meglio menzionare il motivo per cui hai $ 273,16 $ anziché lOP ‘ s $ 273,15 $ .
• @badjohn Buon suggerimento. Fatto.

Potrebbe non essere ovvio dallesperienza quotidiana con la temperatura, ma ha uno zero naturale punto, indipendentemente da qualsiasi scelta di scala.

La temperatura è correlata al movimento interno delle particelle che compongono una sostanza: quando tutto il movimento interno cessa, la temperatura è zero.

Puoi pensarlo come la concentrazione di colorante in un serbatoio dacqua. Non cè ambiguità su cosa significhi zero: nessun colorante significa concentrazione zero. Di conseguenza, cosa intendi quando dici ” La concentrazione di colorante in questo serbatoio è la metà della concentrazione in quella ” non dipende dalle unità che utilizzi per specificare le concentrazioni.

La confusione può derivare dal fatto che, a differenza della maggior parte delle quantità che hanno uno zero naturale punto (massa, energia cinetica, ecc.) le scale di temperatura familiari hanno un offset in modo che le temperature comunemente incontrate risultino come numeri piccoli.

Quindi la risposta alla tua domanda su quale scala viene utilizzata nella definizione è: chiunque non imponga tale spostamento.

Il punto triplo dellacqua esiste esattamente a una pressione-temperatura punto.

La misura della temperatura dalla scala del gas, si effettua trovando NRT = PV a due differenti pressioni, e riducendola a 0, assumendo NRT = PV + kV² + …

Quindi 1 / 273,16 del punto triplo dice che 1 kelvin è 1 / 273,16 del valore PV implicito quando N = 0.

Quindi “un evento che si verifica in modo naturale.

In passato, il grado era definito come 0 = un punto freddo, 1 = un punto caldo e la scala era divisa in un numero di gradi.

Rømer set 0 = acqua ghiacciata che si congela, 1 = acqua bollente, divisa in 60 gradi,

Fahrenheit ha costruito un termometro che ha reso i gradi di Rømer troppo grandi, quindi squartatele, e usate un freddo più freddo (praticamente la refrigerazione è a 0 ° F). La scala multipunto di Rømer è stata corretta, quindi lacqua pura congela a 32 e bolle a 212.

La scala Celcius è lacqua pura che si congela a 0 e bolle a 1, divisa a 100 gradi.

Il grado di Réaumur è unespansione di 1000 unità di alcol al congelamento, che sale a 40 fino a evaporare, ma 80 è lebollizione dellacqua.

Commenti

• Per accuratezza storica, va detto che il signor Celsius non ha mai provato quella scala, aveva congelato a 100 e bollito a 0.
• La scala anton è stata la prima scala assoluta. Coinvolgeva due tubi di mercurio, uno dei quali era chiuso, e la sua pressione era impostata per leggere 73 pollici di mercurio al punto di ebollizione dellacqua. Dato che la pressione atmosferica era di 29 pollici, misura di Parigi, la differenza è dovuta a PV = NRT, dove lLHS può scendere da 73 pollici a qualunque sia la pressione della stanza inferiore a 29 pollici.
• Di tutti delle scale, nessuna soddisfa sia luso di fahrenheit / celcius (dove il normale da freddo a caldo va da circa 0 a 100), sia una scala assoluta. Invece, la soluzione migliore sembra essere quella di utilizzare 1,5 volte kelvin (o gorem), che fa congelare lacqua a 410 e bollire a 560 (quindi lintervallo 400-500 va da -6,67 C a + 46,67 C), e il 970 è la temperatura dellacqua più calda può essere. La bilancia del gas per cucinare funziona a 600 + 20 GM.
• @ wendy.krieger Grazie .. ho imparato di più dalla tua risposta!
• Non lho fatto ‘ So che R ø mer aveva una scala di temperatura!Sono stato in diversi posti con il suo nome .

Ho letto questa domanda come una domanda su come determinare effettivamente una scala completa avendo solo due punti singoli su di essa. Il che è tuttaltro che banale.

Storicamente, le persone costruivano per la prima volta termometri, ad esempio mettendo un liquido in un volume fisso con un tubo sottile attaccato. Quindi hanno calibrato quei termometri ottenendo una lettura per lacqua bollente (100 ° C) e il suo punto di congelamento (0 ° C). Nel mezzo, hanno semplicemente attaccato una scala lineare. E qualunque cosa dicesse quella scala era 50 ° C, quella era chiamata 50 ° C.

Questo ha funzionato sorprendentemente bene. Se hai due bicchieri di acqua a temperature diverse e li mescoli insieme, ottieni una temperatura che è molto vicina alla media della temperatura misurata sopra. Questo di per sé è una coincidenza e dipende dalla capacità termica quasi costante della sostanza. Tuttavia, se prendi una sostanza che cambia significativamente la sua capacità termica, la tua temperatura media sperimentale non sarà la media matematica.

Una definizione più precisa della temperatura viene insegnata solo in meccanica statistica: qui la temperatura è definita come $$ T = \ frac {dE} {dS (E)} $$ , dove $ E $ è lenergia del sistema e $ S (E) $ è lentropia del sistema. La costante di Boltzmann $ k_B $ , che fa parte della definizione dellentropia, collega il Joule al Kelvin in questa equazione. In quanto tale, questa definizione serve a definire la scala del Kelvin e di conseguenza tutte le altre scale di temperatura che abbiamo in uso.