Кельвин

Предложена в 1848 году. Определяется через значение постоянной Больцмана: 1,380 649⋅10⁻²³ Дж/К. До 2019 года определялся как 1 / 273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды. Начало шкалы совпадает с абсолютным нулём (0 К по шкале).

Пересчёт в градусы Цельсия:

${\displaystyle t_{\text{C}}=t_{\text{K}}-273{,}15}$ (температура тройной точки воды +0,01 °C).

Единица названа в честь английского физика Уильяма Томсона, которому было пожаловано звание лорд Кельвин Ларгский из Айршира. В свою очередь, это звание пошло от реки Кельвин, протекающей через территорию университета Глазго.

До 1968 года кельвин официально именовался градусом Кельвина.

1848

 

Уильям Томсон, будущий лорд Кельвин, в своей работе «Об абсолютной термометрической шкале» (англ. On an Absolute Thermometric Scale) пишет о необходимости шкалы, нулевая точка которой будет соответствовать предельной степени холода (абсолютному нулю), а ценой деления будет градус Цельсия. Эта абсолютная шкала на сегодняшний день известна как термодинамическая шкала Кельвина. Значение «минус 273» было получено как обратное от 0,00366 — коэффициента расширения газа на градус Цельсия.

1954

Третья резолюция Х Генеральной конференции по мерам и весам (ГКМВ) дала шкале Кельвина современное определение, взяв температуру тройной точки воды в качестве второй опорной точки и приняв, что её значение составляет ровно 273,16 кельвина («градуса Кельвина» в терминологии того времени).

1967/1968

В соответствии с третьей резолюцией XIII Генеральной конференции по мерам и весам единица измерения термодинамической шкалы была переименована в «кельвин», а обозначением стал «К» (ранее единица называлась «градус Кельвина», её обозначением был «°K»). Кроме того величина единицы была определена более явно — как равная 1 / 273,16 тройной точки воды.

2005

В обязательном Техническом приложении к тексту Международной температурной шкалы МТШ‑90 Консультативный комитет по термометрии установил требования к изотопному составу воды при реализации температуры тройной точки воды. Международный комитет мер и весов подтвердил, что определение кельвина относится к воде, изотопный состав которой определён следующими соотношениями:

• 0,000 155 760 моля ²H на один моль ¹Н,
• 0,000 379 900 моля ¹⁷О на один моль ¹⁶О,
• 0,002 005 200 моля ¹⁸О на один моль ¹⁶О.

2018

На 26-й генеральной конференции по мерам и весам была принята резолюция о значительном переопределении основных единиц СИ, которое, в частности включало в себя переопределение кельвина через значение постоянной Больцмана, которая равна 1,380649 × 10⁻²³ Дж / К.

Недостатком старого определения кельвина являлось то, что при практической реализации величина кельвина оказывалась зависящей от чистоты и изотопного состава используемой воды. Исходя из стремления устранить этот недостаток, XXIV ГКМВ, состоявшаяся 17—21 октября 2011 года, приняла резолюцию, в которой, в частности, было предложено в будущей ревизии Международной системы единиц переопределить кельвин, связав его величину со значением постоянной Больцмана. При этом предполагалось, что значение постоянной Больцмана будет зафиксировано, то есть будет считаться определённым точно. В связи с этим в резолюции XXIV ГКМВ по поводу кельвина сформулировано:

Кельвин останется единицей термодинамической температуры; но его величина будет устанавливаться фиксацией численного значения постоянной Больцмана равным в точности 1,380 6X⋅10⁻²³, когда она выражена единицей СИ м²·кг·с⁻²·К⁻¹, что эквивалентно Дж·К⁻¹.

Таким образом, стало выполняться точное равенство k = 1,380 6X⋅10⁻²³ Дж/К. Следствием этого явилось то, что кельвин стал равным изменению температуры, которое приводит к изменению энергии kT/2, приходящейся на одну степень свободы, на k/2, то есть на (1 / 2) × 1,380 6X⋅10⁻²³ Дж.

В своей резолюции XXIV ГКМВ отметила также, что непосредственно после переопределения кельвина температура тройной точки воды останется равной 273,16 К, но при этом её значение приобретёт погрешность и в дальнейшем будет определяться экспериментально.

XXV ГКМВ, состоявшаяся в 2014 году, приняла решение продолжить работу по подготовке новой ревизии СИ, включающей переопределение кельвина, и наметила закончить эту работу к 2018 году с тем, чтобы заменить существующую редакцию Международной системы единиц (СИ) обновлённым вариантом на XXVI ГКМВ в том же году.

В соответствии с полным официальным описанием СИ, содержащемся в действующей редакции Брошюры СИ (фр. Brochure SI, англ. The SI Brochure), опубликованной Международным бюро мер и весов (МБМВ), десятичные кратные и дольные единицы кельвина образуются с помощью стандартных приставок СИ. «Положение о единицах величин, допускаемых к применению в Российской Федерации», принятое Правительством Российской Федерации, предусматривает использование в РФ тех же приставок, но переведённых на русский язык.

Кельвин также применяется для измерения цветовой температуры, характеризующей распределение интенсивности излучения источника света как функции длины волны в оптическом диапазоне. Цветовая температура определяется как температура абсолютно чёрного тела, при которой оно испускает излучение того же цветового тона, что и рассматриваемое излучение.

Примеры цветовой температуры различных источников света:

• 1500—2000 К — свет пламени свечи;
• 2800 К — лампа накаливания 100 Вт (вакуумная лампа);
• 3400 К — солнце у горизонта;
• 3500 К — люминесцентная лампа белого света;
• 6500 К — стандартный источник дневного белого света, близкий к полуденному солнечному свету;
• 9500 К — синее безоблачное небо на северной стороне перед восходом Солнца;
• 20000 К — синее небо в полярных широтах.

Символ кельвина в Юникоде находится в диапазоне «буквоподобных символов» и кодируется как U+212A K KELVIN SIGN (HTML-символ — K).