开尔文
國際單位制中量度温度的基本單位
开尔文（英語：Kelvin）是温度的计量单位。它是國際單位制（SI）的七个基本單位之一，符號为K[註 1]。以开尔文计量的温度标准称为热力学温标，其零点为绝对零度。在热力学的经典表述中，绝对零度下所有热运动停止。早期1开尔文定义为水的三相点與绝对零度相差的1⁄273.16。[1]水的三相点是0.01℃，因此温度变化1攝氏度，相当于变化1开尔文；現1开尔文由波茲曼常數定義。
| 开尔文 | |
|---|---|
| 单位制 | 国际单位制基本单位 |
| 物理量名称 | 溫度 |
| 符号 | K |
| 得名 | 第一代开尔文男爵威廉·汤姆森 |
| 正式定義 | |
| 定義 | 克耳文，热力学温度單位，等於水的三相點的熱力學溫度的1/273.16。 |
| 2019年 开尔文 | |
|---|---|
| 单位制 | 国际单位制基本单位 |
| 物理量名称 | 溫度 |
| 符号 | K |
| 得名 | 第一代开尔文男爵威廉·汤姆森 |
| 正式定義 | |
| 機構 | 國際度量衡委員會 |
| 制訂日期 | 2018國際度量衡大會 |
| 生效日期 | 2019年5月20日 |
| 定義 | 开尔文，符号K，國際單位制的热力学温度单位。当玻尔兹曼常数k以单位J⋅K−1，即kg⋅m2⋅s−2⋅K−1，表示时，将其固定数值取为1.380649×10−23来定义开尔文，其中千克、米和秒用h、c和ΔνCs定义。 |
| 「kelvin」的各地常用譯名 | |
|---|---|
| 中国大陸 | 开尔文 |
| 臺灣 | 克爾文 |
| 港澳 | 開爾文 |
| 星馬 | 开尔文 |
克氏温标得名自英國工程师和物理学家第一代开尔文男爵威廉·汤姆森。
历史
- 1848年
- 开尔文勋爵威廉·汤姆森在其论文《关于一种绝对温标》（On an Absolute Thermometric Scale）中写道，需要一种以“绝对的冷”（绝对零度）作为零点的温标，使用摄氏度作为其单位增量。汤姆森用当时的空气温度计测算出绝对零度等于−273℃。[2]这种绝对温标现在称为开尔文热力学温标。
- 1954年
- 第10届国际计量大会（CGPM）第3号决议给出了热力学温标的现代定义，表明水的三相点为其第二定义点，并规定將其温度訂定为273.15开。[3]
- 1967-1968年
- 第13届CGPM第3号决议将热力学温度的单位增量由“绝对度”（符号K）更名为“开尔文”（符号K）。[1]同时，因为意识到要更明确地定义单位增量的程度的必要，第13次在国际度量衡大会第4号决议中指出“开尔文，热力学温度单位，等于水的三相点的热力学温度的1⁄273.16。”[1]
- 2005年
- 国际计量委员会声称为了阐明水的三相点的温度，开尔文热力学温标中的定义适用于VSMOW标准中规定的水有同位素结构。[4]
重新定义
2005年，国际计量委员会着手于重新定义开尔文，让它有一个更严格的定义。當時的定义并不能满足于在低于20 K和高于1300 K处的使用。[5] 委员会提出，应重新定义开尔文，以使得波尔兹曼常数是一个定值1.3806505×10−23 J/K。[6]委员会原本希望，这个项目会在2011年的国际度量衡大会上通过，但到了2011年，这个提议又被推后到2014年，成为更大的项目中的一部分。[7]
新定义提案于2018年11月16日通过，已于2019年5月20日起生效。[8]
从科学的观点来看，这个新定义会使开尔文和其它国际标准单位连接起来，并且可以不再依赖于某种特定的物质。从实际的观点来看，这个新定义不会造成任何区别，水在一个大气压下的凝固点仍然是0℃（32℉，273.15 K）。[9]
实际使用
色温
开尔文常用于测量光源的色温。色温基于黑体发出的光的颜色取决于辐射体的温度的原理。温度低于约4000 K的黑体为浅红色，温度高于约7500 K为浅蓝色。色温在投影和摄影的领域很重要，约5600 K的色温需要匹配“日光”胶片。在天文学领域，恒星的光谱和它们在赫罗图中的位置部分取决于他们的表面温度，被称作有效温度。例如，太阳的光球的有效温度为5778 K。
与其他温度单位之间的转换
| 從開氏溫標換算至其他溫度單位 | 從其他溫度單位換算至開氏溫標 | |
|---|---|---|
| 攝氏溫標 | [℃] = [K] - 273.15 | [K] = [℃] + 273.15 |
| 華氏溫標 | [℉] = [K] × 9⁄5 − 459.67 | [K] = ([℉] + 459.67) × 5⁄9 |
| 蘭金溫標 | [R] = [K] × 9⁄5 | [K] = [R] × 5⁄9 |
| 德利尔温标 | [°De] = (373.15 − [K]) × 3⁄2 | [K] = 373.15 − [°De] × 2⁄3 |
| 牛頓溫標 | [°N] = ([K] − 273.15) × 33⁄100 | [K] = [°N] × 100⁄33 + 273.15 |
| 列氏溫標 | [°Ré] = ([K] − 273.15) × 4⁄5 | [K] = [°Ré] × 5⁄4 + 273.15 |
| 羅氏溫標 | [°Rø] = ([K] − 273.15) × 21⁄40 + 7.5 | [K] = ([°Rø] − 7.5) × 40⁄21 + 273.15 |
註釋
- ^ 注意沒有°符號在K前面（與攝氏度和華氏度不同）。在1954年時的名稱為「開氏度」（°K，有°符號），後於1967年改名為「開爾文」（K，不含°符號）。
参考文献
- ^ 1.0 1.1 1.2 Resolution 4: Definition of the SI unit of thermodynamic temperature (kelvin). Resolutions of the 13th CGPM. 国际度量衡局. 1967 [2008-02-06]. （原始内容存档于2007-06-15）.
- ^ Thomson, William. On an Absolute Thermometric Scale. Philosophical Magazine. October 1848 [2008-02-06]. （原始内容存档于2008-02-01）.
- ^ Resolution 3: Definition of the thermodynamic temperature scale. Resolutions of the 10th CGPM. 国际度量衡局. 1954 [2008-02-06]. （原始内容存档于2007-06-23）.
- ^ Unit of thermodynamic temperature (kelvin). SI Brochure, 8th edition. Bureau International des Poids et Mesures: Section 2.1.1.5. 1967 [2008-02-06]. （原始内容存档于2007-09-26）.
- ^ J. Fischer1; et al. Report to the CIPM on the implications of changing the definition of the base unit kelvin (PDF). International Committee for Weights and Measures (CIPM). 2007-05-02 [2010-02-23]. （原始内容存档 (PDF)于2008-11-23）.
- ^ Ian Mills. Draft Chapter 2 for SI Brochure, following redefinitions of the base units (PDF). CCU. 29 September 2010 [2011-01-01]. （原始内容存档 (PDF)于2020-05-18）.
- ^ General Conference on Weights and Measures approves possible changes to the International System of Units, including redefinition of the kilogram. (PDF) (新闻稿). Sèvres, France: General Conference on Weights and Measures. 23 October 2011 [25 October 2011]. （原始内容存档 (PDF)于2012-02-09）.
- ^ Historic Vote Ties Kilogram and Other Units to Natural Constants. NIST. 2018-11-16 [2018-11-16]. （原始内容存档于2019-05-29） （英语）.
- ^ Updating the definition of the kelvin (PDF). International Bureau for Weights and Measures (BIPM). [2010-02-23]. （原始内容存档 (PDF)于2008-11-23）.