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開爾文 (K) 單位定義

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Kelvin is an absolute thermodynamic temperature scale in which the magnitude matches the Celsius scale meaning a change of one degree Celsius corresponds with an increase of one kelvin. Unlike Celsius however, 0 Kelvin represents absolute zero and the triple point of water has a value of approximately 273.16 Kelvin. It is represented by the symbol K.

概述

開爾文是國際單位制 (SI) 中溫度的基本單位,單位符號為 K。它以出生於貝爾法斯特的格拉斯哥大學工程師和物理學家威廉·湯姆森 (William Thomson) 的名字命名,第一代開爾文男爵 (1824-1907)。

現在,通過將玻爾茲曼常數 k 的數值固定為 1.380649×10-23 J⋅K-1 來定義開爾文。這個單位等於kg⋅m2⋅s−2⋅K−1,其中千克、米和秒分別定義為普朗克常數、光速和銫 133 基態超精細躍遷的持續時間。因此,該定義僅取決於通用常數,而不取決於先前實踐的任何物理製品,例如國際千克原器,其質量隨著時間的推移與原始值不同。一開爾文等於熱力學溫度 T 的變化,導致熱能 kT 變化 1.380649×10-23 J。

The Kelvin scale fulfills Thomson's requirements as an absolute thermodynamic temperature scale. It uses absolute zero as its null point or in other terms zero degree mark. However, unlike the degree Fahrenheit and degree Celsius, the kelvin is not referred to or written as a degree. The kelvin is the primary unit of temperature measurement in the physical sciences but is often used in conjunction with the degree Celsius, which has the same magnitude.

歷史

1848 年,威廉·湯姆森 (William Thomson),後來被創造為開爾文勳爵,在他的論文《在絕對溫度計刻度上》中寫道,需要一個刻度,其中無限冷或絕對零是刻度的零點,並使用攝氏度作為其單位增量。開爾文計算出絕對零等於當時空氣溫度計上的 -273 攝氏度。這個絕對尺度今天被稱為開爾文熱力學溫度尺度。開爾文值 -273 是 0.00366 的負倒數。這是相對於冰點每攝氏度公認的氣體膨脹係數,與當前公認的值具有顯著的一致性。

1954 年,第 10 屆國際計量大會 (CGPM) 第 3 號決議通過將水的三相點指定為其第二個定義點並將其溫度精確指定為 273.16 開爾文,從而給出了開爾文量表的現代定義。

1968年,第十三屆CGPM第3號決議將熱力學溫度開爾文的單位增量改名為K,代替開爾文度,符號°K。此外,認為更明確地定義單位增量的大小很有用,第 13 屆 CGPM 還在決議 4 中提出“開爾文,熱力學溫度單位,等於分數 1⁄<水三相點熱力學溫度的sub>273.16。

2005 年,CIPM 試圖使用一種新方法重新定義開爾文以及其他國際單位制單位。特別是,委員會建議重新定義開爾文,使玻爾茲曼常數取精確值 1.3806505×10-23 JK。委員會曾希望該計劃能夠及時完成,以便 CGPM 在其 2011 年會議上通過,但在 2011 年會議上,該決定被推遲到 2014 年會議,當時它將被視為更大計劃的一部分。重新定義在 2014 年進一步推遲,等待根據當前定義對玻爾茲曼常數進行更準確的測量,但最終在 2018 年底的第 26 屆 CGPM 上被採用,其值為 k = 1.380649×10-23 JK

從科學的角度來看,主要優點是這將允許在非常低和非常高的溫度下進行更準確的測量,因為所使用的技術取決於玻爾茲曼常數。它還具有獨立於任何特定物質的優點。從實際的角度來看,重新定義將被忽視;水在 273.15 K (0 °C) 時仍會結冰,水的三相點仍將是常用的實驗室參考溫度。

不同的是,在重新定義之前,水的三相點是準確的,玻爾茲曼常數的實測值為1.38064903(51)×10-23 JK,相對標準不確定度為 3.7×10-7。之後,玻爾茲曼常數是精確的,不確定性轉移到水的三相點,現在是 273.1600(1) K。

2018 年 11 月 16 日,根據玻爾茲曼常數的固定值,採用了新定義。隨著這種變化,水的三相點變成了一個經驗確定的值,約為 273.16 開爾文。出於法定計量目的,新定義於 2019 年 5 月 20 日,即米製公約 144 週年紀念日正式生效。

常見溫度

  • 絕對零(精確):0 K

  • 液氮沸點:77.35 K

  • 乾冰昇華點:195.15 K

  • 攝氏和華氏刻度的交點:233.15 K

  • H2O(純淨冰)的熔點:273.1499 K

  • 室溫(NIST 標準):293.15 K

  • 正常人體溫度(平均):310.15 K

  • 1 atm (101.325 kPa) 時的水沸點(近似值:見沸點):373.1339 K

轉換公式

以下是用於轉換開爾文和開爾文的轉換公式:

從開爾文

致開爾文

攝氏或攝氏

[°C] = ([K] - 273.15)

[K] = ([°C] + 273.15)

德萊爾

[°De] = ((([K] - 273.15) × 1.5) - 100)

[K] = ((([°De] + 100) ÷ 1.5) + 273.15)

華氏度

[°F] = (([K] × (95)) - 459.67)

[K] = (([°F] + 459.67) × (59))

牛頓

[°N] = (([K] - 273.15) × 0.33)

[K] = (([°N] ÷ 0.33) + 273.15)

蘭金

[°Ra] = ([K] × (95))

[K] = ([°Ra] × (59))

雷烏穆爾

[°Re] = (([K] - 273.15) × 0.8)

[K] = (([°Re] ÷ 0.8) + 273.15)

羅默

[°Rø] = ((([K] - 273.15) × 0.525) + 7.5)

[K] = ((([°Rø] - 7.5) ÷ 0.525) + 273.15)

其他溫度單位定義

轉換為另一個溫度單位

按字母順序

反向字母

按字母順序

反向字母

圓形(小數位):

相關定義

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來源

“Kelvin.” Wikipedia, Wikimedia Foundation, 7 Apr. 2020, en.wikipedia.org/wiki/Kelvin.

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