De definitie van 1 kelvin

Om deze vraag te beantwoorden, kan helpen om een voorbeeld te nemen uit een meer vertrouwd gebied van de fysica, en dan de temperatuur te bespreken.

Lange tijd werd de kilogram (de SI-eenheid van massa) gedefinieerd als de massa van een bepaald object dat in een kluis in Parijs. Dan kan het gram worden gedefinieerd als een duizendste van de massa van dat object, enzovoort. Als je het nu vraagt, welke eenheden worden er gebruikt om de massa van het gekozen object weer te geven? dan maakt het niet uit, zolang ze maar in verhouding staan tot de schaal van de eenheden die u wilt adopteren. Dus als iemand je de massa van het speciale object in pond zou vertellen (bijv. 2,2 pond), dan zou je nog steeds weten dat één gram een duizendste daarvan is.

Met temperatuur gaat het op dezelfde manier. Er is een bepaalde toestand van water, waterdamp en ijs, allemaal in wederzijds evenwicht. Die toestand heeft een temperatuur die onafhankelijk is van andere details zoals volume, zolang de stoffen maar puur zijn en niet te klein worden fijngemaakt. Dus die staat heeft een bepaalde temperatuur. Het heeft één temperatuureenheid in ” tripelpunteenheden ” (een temperatuurschaal die ik net heb uitgevonden). Als we zeggen dat de Kelvin een bepaald deel van die temperatuur is, zeggen we dat een thermometer waarvan de indicaties evenredig zijn met de absolute temperatuur moet worden gekalibreerd om 273.16 te registreren wanneer hij in evenwicht wordt gebracht met water op het tripelpunt, als we dat willen de thermometer om in Kelvin te lezen. Als de thermometer bijvoorbeeld is gebaseerd op een ideaal gas met constant volume, moet de conversiefactor van druk in het gas naar de aangegeven temperatuur een getal zijn dat ervoor zorgt dat de aangegeven temperatuur 273,16 is op het tripelpunt. U weet dan dat uw gasthermometer metingen in Kelvin geeft, en u hoefde nooit andere eenheden te kennen. (Let op, zon thermometer is zeer nauwkeurig over een breed temperatuurbereik, maar hij kan niet worden gebruikt onder temperaturen van een paar Kelvin. Om in het lage temperatuurgebied te komen heb je andere soorten thermometer nodig. In principe kunnen ze allemaal worden gekalibreerd om af te spreken waar hun bereiken overlappen.)

(Met dank aan Pieter voor een detail dat in de commentaren wordt aangegeven en nu in de tekst wordt gecorrigeerd, maar ik hoop dat het commentaar blijft.)

Opmerkingen

• Dat zou 273,16 moeten zijn, aangezien het tripelpunt 0,01 C is.
• @Pieter Bedankt! Ik was ook niet zeker van details zoals chemische samenstelling. Het is handig om deze precisie te hebben.

Dat was de oude definitie.

Sinds mei wordt de Kelvin gedefinieerd door de waarde van de Boltzmann-constante vast te leggen: https://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?k

Dit komt overeen met het tripelpunt van een specifiek soort water ( VSMOW ) op 273,16 K.

Het is ook historisch gezien consistent met de nog oudere definitie van de grootte van de celsius als 1/100 van het temperatuurverschil tussen bevriezen en koken van water.

Een andere schaal voor absolute temperatuur is gebaseerd op de grootte van een graad op de schaal van Fahrenheit. Dit is de Rankine-schaal waarbij $ 1 $ kelvin = $ 1.8 \ ^ \ circ $ R.

Bewerken: dus je boek klopte niet. Het tripelpunt bevindt zich op $ 273,16 $ K, wat $ 0,01 \ ^ \ circ {\ rm C} $ is ( aangezien het tripelpunt iets hoger is dan het smeltpunt van ijs bij atmosferische druk).

Opmerkingen

• OK, dat ‘ is de oude definitie, maar de oude definitie is waar OP in geïnteresseerd is. Dit antwoord helpt niet ‘ om OP ‘ s misvatting dat de eenheden die worden gebruikt om de temperatuur van het tripelpunt te meten, er toe doen.
• OP is misschien geïnteresseerd om te weten dat zijn boek enigszins verouderd is. En als ik dit als opmerking had geschreven, zou iemand hebben geklaagd dat ik het als antwoord had moeten schrijven. Altijd die vermoeiende klachten op deze site.
• Bekijk hier mijn antwoord: hsm.stackexchange.com/questions/6794/…
• Een mooi antwoord, maar het zou nog beter zijn om te vermelden waarom je $ 273,16 $ hebt in plaats van het OP ‘ s $ 273,15 $ .
• @badjohn Goede suggestie. Klaar.

Het is misschien niet duidelijk uit de dagelijkse ervaring met temperatuur, maar het heeft een natuurlijke nul punt, onafhankelijk van elke schaalkeuze.

Temperatuur is gerelateerd aan de interne beweging van deeltjes waaruit een stof bestaat – wanneer alle interne beweging ophoudt, is de temperatuur nul.

Je kunt het zien als de concentratie kleurstof in een bak met water. Er is geen onduidelijkheid over wat nul betekent: geen kleurstof betekent een concentratie van nul. Dienovereenkomstig, wat u bedoelt als u zegt ” De kleurstofconcentratie in deze tank is de helft van de concentratie in die tank ” is niet afhankelijk van de eenheden die u gebruikt om de concentraties te specificeren.

De verwarring kan voortkomen uit het feit dat, in tegenstelling tot de meeste hoeveelheden die een natuurlijke nul hebben punt (massa, kinetische energie, etc.) bekende temperatuurschalen hebben een offset zodat veel voorkomende temperaturen er uitkomen als kleine getallen.

Dus het antwoord op je vraag over welke schaal in de definitie wordt gebruikt is: iedereen die zon verschuiving niet oplegt.

Het tripelpunt van water bestaat op precies één druk-temperatuur punt.

De temperatuurmeting door de gasschaal, wordt gedaan door NRT = PV te vinden bij twee verschillende drukken, en dit te verlagen tot 0, uitgaande van de aanname NRT = PV + kV² + …

Dus 1 / 273,16 van het tripelpunt zegt dan dat 1 Kelvin 1 / 273,16 is van de impliciete PV-waarde als N = 0.

Het is dus een natuurlijk voorkomende gebeurtenis.

Vroeger werd de graad gedefinieerd als 0 = een koud punt, 1 = een warm punt, en de schaal verdeeld in een aantal graden.

Rømer set 0 = bevriezing van zout-ijswater, 1 = kokend water, verdeeld in 60 graden,

Fahrenheit bouwde een thermometer die de graden van Rømer te groot maakte, dus hij sneden ze in vieren en gebruikten een koudere koude (in feite is de koeling op 0 ° F). De meerpuntsschaal van Rømer is gecorrigeerd, dus zuiver water bevriest bij 32 en kookt bij 212.

De schaal van Celcius is dat zuiver water bevriest bij 0 en kookt bij 1, verdeeld over 100 graden.

De graad van Réaumur is een uitbreiding van 1000 eenheden alcohol bij bevriezing, die 40 stijgt tot hij verdampt, maar 80 is het koken van water.

Opmerkingen

• Voor historische nauwkeurigheid moet worden vermeld dat meneer Celsius die schaal nooit heeft geprobeerd, hij bevroor op 100 en kookte op 0.
• De anton-schaal was de eerste absolute schaal. Het betrof twee kwikbuizen, waarvan er één gesloten was, en de druk ervan was ingesteld om 73 inch kwik bij het kookpunt van water af te lezen. Gegeven dat de atmosferische druk 29 inch was, gemeten in Parijs, is het verschil te wijten aan PV = NRT, waarbij de LHS mag dalen van 73 inch naar wat de kamerdruk minder dan 29 inch ook mag zijn.
• Van alles van de schalen voldoet geen enkele aan zowel het gebruik van fahrenheit / celcius (waar normaal koud naar warm loopt van ongeveer 0 tot 100), als aan een absolute schaal. In plaats daarvan lijkt de beste oplossing te zijn om 1,5 keer kelvin (of gorem) te gebruiken, waardoor water bevriest bij 410 en kookt bij 560 (dus het bereik van 400-500 loopt van -6,67 C tot + 46,67 C), en de 970 is de temperatuur van het heetste water kan zijn. Gasweegschaal voor koken loopt op 600 + 20 GM.
• @ wendy.krieger Bedankt..Ik heb het meeste geleerd van uw antwoord!
• Ik heb het niet ‘ weet niet dat R ø meer een temperatuurschaal had!Ik ben naar verschillende plaatsen geweest met zijn naam erin .

Ik lees deze vraag als een vraag over hoe we in feite een volledige schaal bepalen door er slechts twee afzonderlijke punten op te hebben. Dat is verre van triviaal.

Historisch gezien bouwden mensen eerst thermometers, bijvoorbeeld door een vloeistof in een vast volume te gieten met een dunne pijp eraan. Vervolgens hebben ze die thermometers gekalibreerd door een lezing te krijgen voor kokend water (100 ° C) en het vriespunt (0 ° C). Daartussen bevestigden ze eenvoudig een lineaire schaal. En wat die schaal ook zei, het was 50 ° C, dat werd 50 ° C genoemd.

Dit werkte verrassend goed. Als je twee glazen water met verschillende temperaturen drinkt, en je mengt ze met elkaar, krijg je een temperatuur die heel dicht bij het gemiddelde van de hierboven gemeten temperatuur ligt. Dit is op zichzelf toeval, en hangt af van de vrijwel constante warmtecapaciteit van de stof. Als u echter een stof neemt waarvan de warmtecapaciteit aanzienlijk verandert, zal uw experimentele gemiddelde temperatuur niet het wiskundige gemiddelde zijn.

Een nauwkeuriger definitie van de temperatuur wordt alleen geleerd in statistische mechanica: hier wordt temperatuur gedefinieerd als $$ T = \ frac {dE} {dS (E)} $$ , waarbij $ E $ is de energie van het systeem, en $ S (E) $ is de entropie van het systeem. De constante van Boltzmann $ k_B $ , die deel uitmaakt van de definitie van de entropie, verbindt de Joule met de Kelvin in deze vergelijking. Als zodanig dient deze definitie om de schaal van de Kelvin te definiëren, en bijgevolg alle andere temperatuurschalen die we gebruiken.