開爾文
國際單位制中量度温度的基本單位
開爾文（英語：Kelvin）是溫度的計量單位。它是國際單位制（SI）的七個基本單位之一，符號為K[註 1]。以開爾文計量的溫度標準稱為熱力學溫標，其零點為絕對零度。在熱力學的經典表述中，絕對零度下所有熱運動停止。早期1開爾文定義為水的三相點與絕對零度相差的1⁄273.16。[1]水的三相點是0.01℃，因此溫度變化1攝氏度，相當於變化1開爾文；現1開爾文由波茲曼常數定義。
| 開爾文 | |
|---|---|
| 單位制 | 國際單位制基本單位 |
| 物理量名稱 | 溫度 |
| 符號 | K |
| 得名 | 第一代開爾文男爵威廉·湯姆森 |
| 正式定義 | |
| 定義 | 開爾文，熱力學溫度單位，等於水的三相點的熱力學溫度的1/273.16。 |
| 2019年 開爾文 | |
|---|---|
| 單位制 | 國際單位制基本單位 |
| 物理量名稱 | 溫度 |
| 符號 | K |
| 得名 | 第一代開爾文男爵威廉·湯姆森 |
| 正式定義 | |
| 機構 | 國際計量委員會 |
| 制訂日期 | 2018國際計量大會 |
| 生效日期 | 2019年5月20日 |
| 定義 | 開爾文，符號K，國際單位制的熱力學溫度單位。當玻爾茲曼常數k以單位J⋅K−1，即kg⋅m2⋅s−2⋅K−1，表示時，將其固定數值取為1.380649×10−23來定義開爾文，其中公斤、米和秒用h、c和ΔνCs定義。 |
| 「kelvin」的各地常用譯名 | |
|---|---|
| 中國大陸 | 開爾文 |
| 臺灣 | 克爾文 |
| 港澳 | 開爾文 |
| 星馬 | 開爾文 |
開氏溫標得名自英國工程師和物理學家第一代開爾文男爵威廉·湯姆森。
歷史
- 1848年
- 開爾文勳爵威廉·湯姆森在其論文《關於一種絕對溫標》（On an Absolute Thermometric Scale）中寫道，需要一種以「絕對的冷」（絕對零度）作為零點的溫標，使用攝氏度作為其單位增量。湯姆森用當時的空氣溫度計測算出絕對零度等於−273℃。[2]這種絕對溫標現在稱為開爾文熱力學溫標。
- 1954年
- 第10屆國際計量大會（CGPM）第3號決議給出了熱力學溫標的現代定義，表明水的三相點為其第二定義點，並規定將其溫度訂定為273.15開。[3]
- 1967-1968年
- 第13屆CGPM第3號決議將熱力學溫度的單位增量由「絕對度」（符號K）更名為「開爾文」（符號K）。[1]同時，因為意識到要更明確地定義單位增量的程度的必要，第13次在國際度量衡大會第4號決議中指出「開爾文，熱力學溫度單位，等於水的三相點的熱力學溫度的1⁄273.16。」[1]
- 2005年
- 國際計量委員會聲稱為了闡明水的三相點的溫度，開爾文熱力學溫標中的定義適用於VSMOW標準中規定的水有同位素結構。[4]
重新定義
2005年，國際計量委員會着手於重新定義開爾文，讓它有一個更嚴格的定義。當時的定義並不能滿足於在低於20 K和高於1300 K處的使用。[5] 委員會提出，應重新定義開爾文，以使得波爾茲曼常數是一個定值1.3806505×10−23 J/K。[6]委員會原本希望，這個項目會在2011年的國際度量衡大會上通過，但到了2011年，這個提議又被推後到2014年，成為更大的項目中的一部分。[7]
新定義提案於2018年11月16日通過，已於2019年5月20日起生效。[8]
從科學的觀點來看，這個新定義會使開爾文和其它國際標準單位連接起來，並且可以不再依賴於某種特定的物質。從實際的觀點來看，這個新定義不會造成任何區別，水在一個大氣壓下的凝固點仍然是0℃（32℉，273.15 K）。[9]
實際使用
色溫
開爾文常用於測量光源的色溫。色溫基於黑體發出的光的顏色取決於輻射體的溫度的原理。溫度低於約4000 K的黑體為淺紅色，溫度高於約7500 K為淺藍色。色溫在投影和攝影的領域很重要，約5600 K的色溫需要匹配「日光」膠片。在天文學領域，恆星的光譜和它們在赫羅圖中的位置部分取決於他們的表面溫度，被稱作有效溫度。例如，太陽的光球的有效溫度為5778 K。
與其他溫度單位之間的轉換
| 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 | |
|---|---|---|
| 攝氏溫度 | [℃] = [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 |
| 德利爾溫標 | [°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）。
參考文獻
- ^ 1.0 1.1 1.2 Resolution 4: Definition of the SI unit of thermodynamic temperature (kelvin). Resolutions of the 13th CGPM. 國際度量衡局. 1967 [2008-02-06]. （原始內容存檔於2007-06-15）.
- ^ Thomson, William. On an Absolute Thermometric Scale. Philosophical Magazine. October 1848 [2008-02-06]. （原始內容存檔於2008-02-01）.
- ^ Resolution 3: Definition of the thermodynamic temperature scale. Resolutions of the 10th CGPM. 國際度量衡局. 1954 [2008-02-06]. （原始內容存檔於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]. （原始內容存檔於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]. （原始內容存檔 (PDF)於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]. （原始內容存檔 (PDF)於2020-05-18）.
- ^ General Conference on Weights and Measures approves possible changes to the International System of Units, including redefinition of the kilogram. (PDF) (新聞稿). Sèvres, France: General Conference on Weights and Measures. 23 October 2011 [25 October 2011]. （原始內容存檔 (PDF)於2012-02-09）.
- ^ Historic Vote Ties Kilogram and Other Units to Natural Constants. NIST. 2018-11-16 [2018-11-16]. （原始內容存檔於2019-05-29） （英語）.
- ^ Updating the definition of the kelvin (PDF). International Bureau for Weights and Measures (BIPM). [2010-02-23]. （原始內容存檔 (PDF)於2008-11-23）.