Kelvin

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Kelvin
CelsiusKelvinThermometer.jpg
Termómetro con dos escalas: Celsius y kelvin
Información general
Sistema
Tamaño temperatura
Símbolo K.
Epónimo William Thomson, primer barón Kelvin
Conversiones
1 K en ... ...equivalente a...
Unidad de EE. UU. / Imp 1,8 (- 459,67 ) ° F
Unidad Planck7.058 × 10 −33 T P

El kelvin (símbolo K , a veces indicado incorrectamente como ° K) es una unidad de medida de temperatura que pertenece a las siete unidades básicas del sistema internacional de unidades . [1]

Definición

En 2018, la 26a Conferencia General de Pesos y Medidas modificó la definición de la unidad de medida de temperatura reduciéndola a las unidades mecánicas del sistema internacional (segundo, metro, kilogramo) [2] , utilizando el teorema de equipartición de energía de estadística. Mecánica . Un kelvin es la diferencia de temperatura termodinámica correspondiente a una diferencia de energía térmica igual a , Dónde está es el valor de la constante de Boltzmann en julios / kelvin. El valor de la constante, que hasta ahora no se había medido con suficiente precisión y todavía variaba ligeramente de una conferencia a otra, finalmente se considera suficientemente estable: la constante de Boltzmann ahora por definición corresponde a .

Historia

La (re) definición inmediatamente anterior de kelvin fue adoptada en 1954 por la 10ª Conférence générale des poids et mesures , y fue por " la temperatura absoluta del punto triple del agua ". [1]

Por "temperatura absoluta" nos referimos a la diferencia entre la temperatura indicada (en este caso la del punto triple del agua: ) y el del cero absoluto . El cero de la escala kelvin es de hecho cero absoluto: es una escala de temperatura absoluta, como la escala Rankine .

Para comprender el nivel de precisión requerido para definir una unidad de medida, el Comité International des Poids et Mesures agregó la siguiente aclaración a la definición anterior de kelvin en su reunión de 2005:

"Esta definición se refiere al agua que tiene una composición isotópica definida exactamente por las siguientes proporciones de sustancias:
  • lunares de por mol de ,
  • lunares de por mol de , Y
  • lunares de por mol de ". [3]

Esto se debe a que las variaciones en las concentraciones (mínimas, como puede verse en la especificación) de isótopos de hidrógeno y oxigeno en el agua conllevan variaciones en la temperatura de su punto triple que hoy no son tolerables en la definición de esta unidad de temperatura.

Esta unidad de medida lleva el nombre del físico e ingeniero irlandés William Thomson , que fue nombrado barón con el nombre de Lord Kelvin. Propuso por primera vez esta definición en 1868, partiendo de la consideración termodinámica de que existe una temperatura mínima absoluta, el cero absoluto. Sin embargo, por conveniencia, el tamaño de una unidad se ha mantenido sin cambios en comparación con la escala Celsius preexistente. : de esta manera las diferencias de temperatura en las escalas Celsius y kelvin son numéricamente iguales.

Fórmulas para convertir temperaturas de / a kelvin
Conversión de para Fórmula
Kelvin grado Celsius
grado Celsius Kelvin
Kelvin Grado Fahrenheit
Grado Fahrenheit Kelvin

Si bien la escala Celsius es práctica desde un punto de vista humano, ya que se basa en la temperatura de fusión del hielo y el punto de ebullición del agua (que son temperaturas que tenemos experiencia directa a diario), la escala Kelvin es más rigurosa ( reconoce explícitamente la presencia de un mínimo absoluto de temperatura) y puede utilizarse como una unidad de medida fácilmente reproducible. De hecho, la temperatura del punto triple del agua es una cantidad autoconsistente, que no requiere otras definiciones (o casi, ver más abajo), mientras que las temperaturas de fusión y ebullición requieren especificar las condiciones normales (especialmente la presión ) en las que tiene lugar el proceso de fusión o ebullición.

La escala kelvin, que tiene el cero absoluto como cero, a veces se denomina escala absoluta (de hecho, no hay una temperatura inferior a ). La escala de temperatura Celsius y el grado Celsius todavía se aceptan, pero como una unidad derivada, y se definen con respecto al kelvin.

En la Decimotercera Conferencia General sobre Pesos y Medidas se decidió abandonar el término "grado" para referirse a la escala kelvin y, en consecuencia, al símbolo , que en cambio permanece para las escaleras Fahrenheit y Celsius .

Otras escalas de temperatura son: Newton (ca. 1700), Rømer (1701), Fahrenheit (1724), Réaumur (1732), Delisle o de Lisle (1738), Celsius (1742), Rankine (1859) y Leyden (alrededor de 1894). ?).

En Italia, la escala de temperatura termodinámica se implementa a partir de muestras del antiguo Instituto de Metrología Gustavo Colonnetti del CNR , en Turín , que ahora forma parte del nuevo Instituto Nacional de Investigaciones Metrológicas (INRiM).

Conversión entre escalas de temperatura

A diferencia de la mayoría de las conversiones entre diferentes unidades de medida de cantidades físicas, para las cuales es suficiente multiplicar o dividir por un cierto factor, las conversiones entre diferentes escalas de temperatura pueden involucrar un término que se debe sumar o restar además de un factor de multiplicación. esto se deriva del hecho de que las diferentes escalas de temperatura definen un "cero" diferente. Además, el sistema de medida kelvin se refiere a un "cero" particular, que es el cero absoluto, y corresponde a la temperatura más baja que teóricamente se puede obtener en cualquier sistema macroscópico. Esto significa que la temperatura medida en "kelvin" se llama temperatura absoluta , y siempre por la misma razón no se coloca antes del símbolo kelvin el símbolo de grado , que en cambio está prefijado a los símbolos de las escalas Celsius y Fahrenheit .

Aunque la escala Celsius y la escala Kelvin tienen referencias diferentes, los valores de los intervalos de temperatura (es decir, las diferencias de temperatura) medidos con las dos escalas coinciden. Esto significa que mientras una temperatura de corresponde a , una diferencia de temperatura de coincide exactamente .

Ejemplos de

El punto de fusión del hielo corresponde a una temperatura de . Para convertir este valor en kelvins, debe agregar a este valor , por lo tanto:

La diferencia de temperatura de en cambio, corresponde a una transformación isotérmica (es decir, a temperatura constante), y en kelvins corresponde a una diferencia de temperatura de .

Para convertir una temperatura expresada en kelvin en grados Celsius, debe restar el valor de . Por ejemplo, una temperatura de corresponde a:

Por tanto, se observa que el valor de la temperatura expresada en kelvin es siempre mayor que el valor de la misma temperatura expresada en grados Celsius.

De manera análoga al ejemplo anterior, la temperatura de es igual a .

De estos ejemplos se desprende que se debe prestar especial atención durante la conversión al hecho de que la cantidad que queremos convertir es una temperatura (por ejemplo, la temperatura corporal en un momento dado o la temperatura de un cierto punto de una habitación en un determinado momento). cierta hora) o una diferencia de temperatura (por ejemplo, la diferencia de temperatura en un lugar determinado entre el día y la noche o la diferencia de temperatura entre dos paredes opuestas de una habitación).

Dado que el valor unitario de kelvin y grados Celsius es el mismo, también es necesario tener en cuenta la cantidad de dígitos significativos de lo que pretende convertir. De hecho, si se declara, por ejemplo, que la temperatura de color (de la fotosfera ) de la estrella Saiph es de aproximadamente , solo los dos primeros dígitos son significativos y, por lo tanto, es correcto afirmar que esta temperatura es igual a .

Nota

  1. ^ A b (EN) Libro de oro de la IUPAC, "kelvin"
  2. ^ (EN) BIPM - Resolución 1 de la 26ª CGPM , en www.bipm.org. Recuperado el 22 de marzo de 2019 (archivado desde el original el 4 de febrero de 2021) .
  3. ^ BIPM - kelvin

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