Definiția 1 kelvin

Pentru a răspunde la această întrebare poate ajuta să luați un exemplu dintr-o zonă mai cunoscută a fizicii și apoi să discutați despre temperatură.

Pentru o lungă perioadă de timp kilogramul (unitatea de masă SI) a fost definită ca masa unui anumit obiect păstrat în o boltă la Paris. Apoi, gramul poate fi definit ca o miime din masa acelui obiect și așa mai departe. Dacă întrebați acum, ce unități sunt folosite pentru a stabili masa obiectului ales? atunci nu contează atât timp cât sunt proporționale cu scara unităților pe care doriți să o adoptați. Deci, dacă cineva ți-ar spune masa obiectului special în kilograme (de exemplu, 2,2 kilograme), atunci ai ști totuși că un gram este o miime din asta.

Odată cu temperatura, acesta este similar. Există o anumită stare de apă, vapori de apă și gheață, toate în echilibru reciproc. Această stare are o temperatură independentă de alte detalii, cum ar fi volumul, atât timp cât substanțele sunt pure și nu sunt zdrobite prea mici. Deci acea stare are o anumită temperatură. Are o unitate de temperatură în ” unități cu punct triplu ” (o scară de temperatură pe care tocmai am inventat-o). Când spunem că Kelvin este o anumită fracțiune din această temperatură, spunem că un termometru ale cărui indicații sunt proporționale cu temperatura absolută trebuie calibrat astfel încât să se înregistreze 273,16 atunci când este pus în echilibru cu apa în punctul triplu, dacă dorim termometrul de citit în kelvin. De exemplu, dacă termometrul se bazează pe un volum ideal de gaz constant, atunci ar trebui ca factorul de conversie de la presiunea din gaz la temperatura indicată să fie un număr care să asigure că temperatura indicată este 273,16 în punctul triplu. Știți atunci că termometrul dvs. de gaz dă citiri în kelvin și nu a trebuit niciodată să cunoașteți alte unități. (Rețineți, un astfel de termometru este foarte precis pe o gamă largă de temperaturi, dar nu poate fi folosit sub temperaturi de câțiva kelvin. Pentru a ajunge la regiunea de temperatură scăzută, veți avea nevoie de alte tipuri de termometru. În principiu, toate pot fi calibrate să convin unde se suprapun intervalele lor.)

(Mulțumesc lui Pieter pentru un detaliu care este semnalat în comentarii și acum corectat în text, dar sper că comentariul va rămâne.)

Comentarii

• Ar trebui să fie 273,16, deoarece punctul triplu este la 0,01 C.
• @Pieter Mulțumesc! Nici eu nu eram sigur de detalii precum compoziția chimică. Este util să aveți această precizie.

Aceasta a fost vechea definiție.

Din mai, kelvinul este definit prin fixarea valorii constantei Boltzmann: https://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?k

Acest lucru este în concordanță cu punctul triplu al unui anumit tip de apă ( VSMOW ) la 273,16 K.

Este, de asemenea, istoric în concordanță cu definiția încă mai veche a dimensiunii centigradelor ca 1/100 din diferența de temperatură dintre înghețarea și fierberea apei.

O scară diferită pentru temperatura absolută se bazează pe mărimea unui grad pe scara Fahrenheit. Aceasta este scala Rankine unde $ 1 $ kelvin = $ 1,8 \ ^ \ circ $ R.

Editați: deci cartea dvs. a fost greșită. Punctul triplu este la 273,16 $ $ K, care este 0,01 $ \ ^ \ circ {\ rm C} $ ( deoarece punctul triplu este puțin mai mare decât punctul de topire al gheții la presiunea atmosferică).

Comentarii

• OK, că ‘ este vechea definiție, dar vechea definiție este interesată de OP. Acest răspuns nu ajută la clarificarea OP ‘ a faptului că unitățile utilizate pentru a măsura temperatura punctului triplu contează.
• OP ar putea fi interesat să știe că cartea sa este ușor depășită. Și dacă aș fi scris asta ca un comentariu, cineva s-ar fi plâns că ar fi trebuit să o scriu ca răspuns. Întotdeauna acele plângeri obositoare de pe acest site.
• Verificați răspunsul meu aici: hsm.stackexchange.com/questions/6794/…
• Un răspuns frumos, dar ar fi și mai bine să menționăm de ce aveți 273,16 $, mai degrabă decât OP ‘ 273,15 $ .
• @badjohn Bună sugestie. Gata.

Este posibil să nu fie evident din experiența de zi cu zi cu temperatura, dar are un zero natural punct, independent de orice alegere de scară.

Temperatura este legată de mișcarea internă a particulelor care alcătuiesc o substanță – atunci când întreaga mișcare internă încetează, temperatura este zero.

Vă puteți gândi la ea ca la concentrația de colorant într-un rezervor de apă. Nu există nicio ambiguitate cu privire la ceea ce înseamnă zero: nici un colorant nu înseamnă concentrare zero. În consecință, la ce te referi când spui ” Concentrația de colorant din acest rezervor este jumătate din concentrația din acel ” nu depinde de unitățile pe care le utilizați pentru a specifica concentrațiile.

Confuzia poate apărea din faptul că, spre deosebire de majoritatea cantităților care au un zero natural punctele (masă, energie cinetică etc.) scările de temperatură cunoscute au un decalaj, astfel încât temperaturile întâlnite în mod obișnuit apar ca numere mici.

Deci, răspunsul la întrebarea dvs. despre ce scară este utilizată în definiție este: oricine nu impune o astfel de deplasare.

Punctul triplu al apei există exact la o presiune-temperatură punctul.

Măsurarea temperaturii prin scara gazului se face găsind NRT = PV la două presiuni diferite și reducând acest lucru la 0, presupunând că NRT = PV + kV² + …

Deci, 1 / 273,16 din triplul punct spune apoi că 1 kelvin este 1 / 273,16 din valoarea PV implicită atunci când N = 0.

Deci, este „un eveniment natural.

În zilele mai vechi, gradul era definit ca 0 = un punct rece, 1 = un punct fierbinte și scara împărțită într-un număr de grade.

Set Rømer 0 = apă sărată-înghețată, 1 = apă clocotită, împărțită în 60 de grade,

Fahrenheit a construit un termometru care a făcut gradele lui Rømer prea mari, așa că el le-a împărțit și a folosit o răceală mai rece (practic refigerarea este la 0 ° F). Scara multipunct a lui Rømer a fost corectată, deci apa pură îngheață la 32 și fierbe la 212.

Scara Celcius este apa pură care îngheață la 0 și fierbe la 1, împărțită la 100 de grade.

Gradul Réaumur este o expansiune de 1000 de unități de alcool la îngheț, care urcă 40 până când se evaporă, dar 80 este fierberea apei.

Comentarii

• Pentru precizie istorică, trebuie menționat faptul că domnul Celsius nu a încercat niciodată scara respectivă, a înghețat la 100 și a fierbut la 0.
• Scala anton a fost prima scară absolută. A implicat două tuburi de mercur, dintre care unul a fost închis, iar presiunea sa setată să citească 73 de centimetri de mercur la punctul de fierbere al apei. Având în vedere că presiunea atmosferică a fost de 29 inci, măsura Parisului, diferența se datorează PV = NRT, unde LHS este permis să scadă de la 73 inci la orice presiune a camerei mai mică de 29 inci.
• Din toate din scări, niciuna nu satisface atât utilizarea fahrenheit / celcius (unde frigul normal până la cald se deplasează de la 0 la 100), cât și o scară absolută. În schimb, cea mai bună soluție pare să fie utilizarea de 1,5 ori kelvin (sau gorem), care permite înghețarea apei la 410 și fierberea la 560 (deci intervalul 400-500 variază de la -6,67 C la + 46,67 C), iar 970 este temperatura celei mai fierbinți ape poate fi. Cantitatea de gaz pentru gătit rulează la 600 + 20 GM.
• @ wendy.krieger Mulțumesc..Am aflat cel mai mult din răspunsul dvs.!
• Nu am ‘ nu știu R ø mer avea o scară de temperatură!Am fost în mai multe locuri cu numele său în el .

Am citit această întrebare ca întrebând despre cum determinăm de fapt o scară completă, având doar două puncte pe ea. Ceea ce este departe de a fi banal.

Din punct de vedere istoric, oamenii au construit mai întâi termometre, de exemplu punând un lichid într-un volum fix cu o țeavă subțire atașată. Apoi au calibrat acele termometre obținând o citire pentru apa clocotită (100 ° C) și punctul de îngheț al acesteia (0 ° C). Între ele, ele au atașat pur și simplu o scară liniară. Și orice a spus că scara a fost de 50 ° C, aceasta a fost numită 50 ° C.

Acest lucru a funcționat surprinzător de bine. Dacă aveți două pahare de apă la temperaturi diferite și le amestecați împreună, obțineți o temperatură foarte apropiată de media temperaturii măsurată mai sus. Aceasta în sine este o coincidență și depinde de capacitatea termică aproape constantă a substanței. Cu toate acestea, dacă luați o substanță care își schimbă semnificativ capacitatea de căldură, temperatura medie experimentală nu va fi media matematică.

O definiție mai precisă a temperaturii este predată doar în mecanică statistică: aici temperatura este definită ca $$ T = \ frac {dE} {dS (E)} $$ , unde $ E $ este energia sistemului și $ S (E) $ este entropia sistemului. Constanta Boltzmann $ k_B $ , care face parte din definiția entropiei, conectează Joule la Kelvin în această ecuație. Ca atare, această definiție servește la definirea scalei Kelvin și, prin urmare, la toate celelalte scale de temperatură pe care le avem în uz.