Для чего применяется шкала кельвина

Измерение температуры в градусах Цельсия и Кельвинах

Самой известной температурной шкалой в большинстве стран мира с XVIII века служила шкала измерения градусного режима по Цельсию ( о С). Другая температурная шкала, предложенная в XIX веке, внесла уточнения в шкалу по Цельсию и стала самой точной системой определения сверхнизких температур. Новая шкала выявила некую постоянную величину термодинамической точки воды, которую назвали «кельвин» (К).

Однако даже с дополнениями и уточнениями по Кельвину, в современном мире пользуются в основном системой определения градусов по Цельсию. Хотя, в США или на Ямайке, использовали в старые времена и придерживаются до сих пор показателей ещё одной шкалы определения температур, предложенной Фаренгейтом.

Измерения по Цельсию

Система измерения температурного градуса по Цельсию взяла своё название по имени Андерса Цельсия, шведского физика, разработавшего в 1742 году шкалу измерения температур. Учёный предположил, что такие физические процессы, как закипание воды, или таяние льда, напрямую зависят от давления в окружающей атмосфере. Это затрудняло исследования по определению точных показаний.

Шкала по Цельсию имела диапазон от 0 до 100 градусов со знаком «+», который продолжается вниз или вверх до бесконечности. Это являлось проблемой для точного измерения величин, поскольку известно, что ниже +4 °C вода имеет свойство расширяться и при дальнейшем понижении температуры даёт неправильные показания градусных значений.

Пересмотрена и модернизирована шкала температур по Цельсию была лишь после одобрения научным миром разработок физика Уильяма Томсона (Кельвина). Именно тогда была представлена постоянная температурная величина и принято определение, что 1 градус Цельсия равен 274,15 Кельвинам.

Температура в Кельвинах

Такое название дано новой температурной единице по имени англичанина У. Томсона, впоследствии за неоценимые заслуги в развитии физики, получившего звание лорда Кельвина Ларгского. Им в 1848 году была предложена градусная единица для расчёта показаний температур в таком виде:

1 кельвин = 1/273,16 части температуры тройной точки воды.

По новой шкале отсчёт температуры начинается с абсолютного нуля. Под абсолютным нулём понимается состояние, равное величине минимальной внутренней энергии тела. Приведённое тождество можно охарактеризовать иначе:

1 К = 1/273,16 расстояния от абсолютного нуля до точки воды.

Тройная точка воды – это состояние равновесия пара, воды и льда. Абсолютный ноль по Томсону (0 К), это точка температуры, при которой прекращается движение молекул, газы не имеют никакого объёма, и называется такое их состояние – состоянием идеального холода. Достичь абсолютного нуля невозможно, но, благодаря расчётам учёного, удалось максимально к этому приблизиться. Весь смысл научных трудов сводился к тому, что вести подсчёты по такой шкале, где началом служит постоянная величина, принятая за абсолютный нуль, гораздо проще.

В новой шкале отсутствуют отрицательные величины. 0 К считается самой низкой температурой, которая возможна на Земле. Так, с точки зрения физиков и математиков, легче вычислять температуры, усреднять значения или выводить взаимоотношения плюсовых и минусовых градусов. Однако, когда речь идёт о значениях температур, представленных в Кельвинах, термин «градусы» не используют, ведь по шкале Томпсона значения определяются не градусами, а «абсолютной температурой».

Сравнение двух температурных величин

Принятая абсолютная температурная величина 0 К взята за начало отсчёта по шкале Кельвина. Вплоть до 1968 г. новая мера градусной величины именовалась «градусом Кельвина», по подобию с «градусом Цельсия». Впоследствии научное сообщество, во главе с Генеральной комиссией, ответственной за обозначения мер и весов, официально переименовала температурную единицу в «кельвин», с сокращённым обозначением «К» и относительной величиной к Цельсию ( о С) равной: С/К = 1/274,15.

Существующая шкала температур Кельвина применяется чаще в научном мире, в химии, математике и физике, в частности – термодинамике. Далеко не всем понятно определение, что под К понимается термодинамическая температура тройной точки воды. И если простому обывателю знания температурных режимов необходимы на уровне погоды или приготовления пищи, то учёные используют в своих экспериментах ту систему, которая для конкретной работы представляется наиболее удобной.

Изучение технических определений, использующих данные шкалы Кельвина, введено в программу физико-математических вузов, или применяется для школьных классов с углублённым изучением данных предметов. Температурная шкала Кельвина как раз является более рациональной, нежели общераспространённая шкала Цельсия, при таких случаях, как, например, измерение цветовой температуры в лампах накаливания, осветительных приборах профессионального назначения (можно встретить обозначения 3000K; 6000K на фотокамерах, что говорит о яркости, качестве, др. температурных характеристиках прибора).

Как перевести значения

Теперь, зная выведенные постоянные величины, переводить Кельвины в Цельсии и наоборот достаточно просто. Для этого нужно всего лишь к показанию градусов Цельсия добавить постоянную Кельвина.

Пример 1:

Пример 2:

Пример 3:

Нужно перевести 100 К в о С.

Если необходимо выполнить перевод «кельвинов» в градусы Цельсия, то надо из величины, взятой по шкале Томпсона (Кельвина), вычесть величину абсолютного нуля, равную 273,16.

Абсолютный нуль по Кельвину в переводе на шкалу Цельсия равен:

Измерения по Фаренгейту

Конвертацию значений из Фаренгейта в градусы Цельсия можно осуществить по несложным правилам, учитывая тот факт, что точка замерзания по Цельсию на 32 единицы ниже, чем по Фаренгейту.

Пример:

Однако, при обратной конвертации из Цельсия в Фаренгейты, расчёты по приведённой системе будут неточными, поэтому лучше прибегнуть к разработанной Фаренгейтом таблице. А также можно воспользоваться онлайн-калькулятором, размещённым на любом тематическом сайте. Показатели принятой таблицы перевода величин и расчётные данные по онлайн-калькулятору выглядят так:

Источник

О различных температурных шкалах

История

Слово «температура» возникло в те времена, когда люди считали, что в более нагретых телах содержится большее количество особого вещества — теплорода, чем в менее нагретых. Поэтому температура воспринималась как крепость смеси вещества тела и теплорода. По этой причине единицы измерения крепости спиртных напитков и температуры называются одинаково — градусами.

Шкала Кельвина

В термодинамике используется шкала Кельвина, в которой температура отсчитывается от абсолютного нуля (состояние, соответствующее минимальной теоретически возможной внутренней энергии тела), а один кельвин равен 1/273.16 расстояния от абсолютного нуля до тройной точки воды (состояния, при котором лёд, вода и водяной пар находятся в равновесии). Для пересчета кельвинов в энергетические единицы служит постоянная Больцмана. Используются также производные единицы: килокельвин, мегакельвин, милликельвин и т.д.

Шкала Цельсия

Шкала Фаренгейта

В Англии и, в особенности, в США используется шкала Фаренгейта. В этой шкале на 100 градусов раздёлен интервал от температуры самой холодной зимы в городе, где жил Фаренгейт, до температуры человеческого тела. Ноль градусов Цельсия — это 32 градуса Фаренгейта, а градус Фаренгейта равен 5/9 градуса Цельсия.

Шкала Реомюра

Предложенна в 1730 году Р. А. Реомюром, который описал изобретённый им спиртовой термометр.

Единица — градус Реомюра (°R), 1 °R равен 1/80 части температурного интервала между опорными точками — температурой таяния льда (0 °R) и кипения воды (80 °R)

В настоящее время шкала вышла из употребления, дольше всего она сохранялась во Франции, на родине автора.

Пересчёт температуры между основными шкалами

Источник

Кельвин

Кельвин.

Кельвин – единица термодинамической температуры в Международной системе единиц (СИ), одна из семи основных единиц СИ. Имеет русское обозначение – К и международное обозначение – K.

Кельвин, как единица измерения:

Кельвин – единица термодинамической температуры в Международной системе единиц (СИ), одна из семи основных единиц СИ, названная в честь английского физика Уильяма Томсона (лорда Кельвина).

Кельвин имеет русское обозначение – К и международное обозначение – K.

С 1954 года до 2019 года кельвин определялся как 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды. До 1968 года кельвин официально именовался градусом Кельвина ( о K).

Начало шкалы (0 К) совпадает с абсолютным нулём. Шкала была предложена в 1848 году Уильямом Томсоном. Уильям Томсон (будущий лорд Кельвин) в своей работе «Об абсолютной термометрической шкале» 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.

Третья резолюция Х Генеральной конференции по мерам и весам (ГКМВ, 1954 г.) 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, или 0,01 °C).

Цветовая температура:

Кельвин также применяется для измерения цветовой температуры, характеризующей ход 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.

Применение кельвина:

Кельвины используются для измерения термодинамической температуры, для измерения цветовой температуры и при вычислении энтропии экосистем (в Дж/К).

Перевод в другие единицы измерения:

где t_C – температура в градусах Цельсия, t_K – температура в кельвинах.

В итоге, шкалы Цельсия и Кельвина сдвинуты на 273,15 единиц друг относительно друга.

Кратные и дольные единицы:

Десятичные кратные и дольные единицы кельвина образуются с помощью стандартных приставок СИ.

Некоторые основные температуры:

Температура абсолютного ноля составляет −273,15 °C (0 К).

Температура кипения жидкого водорода равна −252,87 °C (20,28 K).

Температура кипения жидкого азота равна −195,8 °C (77,4 К).

Точка пересечения шкал Цельсия и Фаренгейта −40 °C (233,15 K)

Температура плавления льда равна −0,0001 °C (273,1499 K), но принята за ноль градусов Цельсия.

Температура тройной точки воды 0,01 °C (273,16 K).

Нормальная температура тела человека 36,6 °C (310 K).

Температура кипения воды при давлении в 1 атмосферу (101,325 кПа) равна 99,9839 °C (373,1339 K), но принята за 100 градусов Цельсия.

Источник

Кельвин

Оглавление

определение

Отношение к градусам Цельсия

Шкала температуры по Цельсию определяется таким образом, что температура, измеренная в градусах Цельсия, сдвигается ровно на 273,15 по сравнению с температурой в Кельвинах:

Благодаря этому определению было достигнуто то, что разница между двумя значениями температуры, измеренными в Кельвинах и градусах Цельсия, численно одинаковы и могут использоваться одинаково.

При таком определении точки замерзания и кипения воды при нормальных условиях ( давление 101,325 кПа ) почти точно равны 0 ° C (273,15 K) и 100 ° C (373,15 K).

история

В 1948 году 9-я Генеральная конференция по мерам и весам (CGPM) установила, что абсолютная термодинамическая шкала должна иметь тройную точку воды как единственную фундаментальную фиксированную точку. Прежде всего, сильная зависимость точки кипения от давления воздуха затрудняла калибровку с использованием предыдущих фиксированных точек. С другой стороны, тройная точка легко и четко воспроизводилась. Согласно новому определению, нулевая точка шкалы Цельсия (тогда на английском языке она называлась сотенной шкалой ) должна быть точно на 0,01 градуса ниже нее. В преддверии будущего названия единицы, символ ° K был указан для «Абсолютная степень». Поскольку разница температур, указанная как абсолютная температура и температура по Цельсию, имеют одинаковое числовое значение, для них следует использовать «нейтральную» единицу измерения «градус» (градус).

В 1954 году CGPM определил градус Кельвина в форме, действующей до 19 мая 2019 года, и объявил его базовой единицей. Это также дало новое определение градусу Цельсия. Первоначально название было «Градусы Кельвина (° K)», а в 1967 году было изменено на «Кельвин (K)». С тех пор определение было:

В то же время было оговорено, что разница температур также должна указываться в Кельвинах (а не в градусах), хотя термин «градусы Цельсия», который является синонимом «Кельвина», также разрешен для температур по Цельсию.

Поскольку температура тройной точки для калибровки приборов для измерения температуры для других диапазонов температур была громоздкой, в 1990 году была создана ITS-90 («Международная температурная шкала 1990 года»). Он регистрирует несколько контрольных значений, распределенных в большом диапазоне температур, например, четко определенные точки плавления; тройная точка воды также является здесь центральной точкой отсчета.

С 2019: подключение к тепловой энергии

символ

Отношения с другими подразделениями

Кельвин как мера энергии

Барьер на самом деле никогда не преодолевается, он легко преодолевается, а барьер практически не воспринимается. Δ Э. ≫ k Б. Т <\ displaystyle \ Delta E \ gg k _ <\ mathrm > T> Δ Э. знак равно k Б. Т <\ Displaystyle \ Delta E = k _ <\ mathrm > T> Δ Э. ≪ k Б. Т <\ Displaystyle \ Delta E \ ll k _ <\ mathrm > T>

Перевод на другие температурные шкалы

Температуру в Кельвинах можно точно преобразовать с помощью следующего числового уравнения :

Фиксированные точки

Фиксированные точки, с помощью которых изначально были определены шкалы, выделяются цветом и точно преобразуются в другие шкалы. Сегодня они утратили свою роль фиксированных точек и являются лишь приблизительными. Только абсолютная нулевая точка все еще имеет точно указанные значения.

Источник

Что такое Кельвины в освещении и как они измеряются

При покупке светильника и лампы вы обращаете внимание на внешний вид На упаковках осветительных приборов часто встречается слово «Кельвин» или буква «К» с четырёхзначной цифрой, не совсем понятная маркировка. Давайте узнаем, что такое кельвины в лампочке, и как они измеряются.

Что такое кельвины в лампочке?

Что еще измеряют в Кельвинах?

Откуда название? Историческая справка

Единица измерения названа по званию физика Уильяма Томпсона, «Лорд Кельвин Ларгский», так же называлась и река, которая протекала через территорию университета Глазго. Величина была предложена в 1848 году, и нуль по Кельвину совпадает с абсолютным нулем. Может также называться «Градус Кельвина» – именно такое название он носил до 1968 г.

Цветовая температура и осветительные приборы как они связаны?

Обычно цветовая температура лампы указывается в тысячах, например 2700, 3200 или 4000 К. Эти числа взяты не просто так. Они отражают цветовой спектр, излучаемый абсолютно черным телом. Это физическое понятие описывает тело, которое поглощает свет полностью. Но кроме поглощающих свойств оно является и отличным излучателем. При нагревании оно и испускает свет.

При этом, когда нагреваете оно светится, подобно металлу, изменяя цвет зависимо от степени нагрева. Отсюда и пошло понятие цветовой температуры, которое удобно использовать при описании характеристик светильника.
В реальности излучающими свойствами абсолютно черного тела максимально приближенно обладает солнце, а поглощающими – черные дыры.

Холодные и теплые светильники

Чем меньше цветовая температура, тем более тёплым будет освещение. Тёплые тона это те, которые приближены к желтому и красному цвету. Холодные лампочки – отдают синевой в своём свечении. Обычно цветовые температуры таких источников света находятся в диапазоне выше 4000 К.

Как выбрать светильник по цветовой температуре?

Где еще применяется?

Очень часто встречается в фото- и видеосъемке, параметр, который настраивает камеру на нужное освещение, называется «Баланс Белого». Он нужен для того, чтобы кадры получались как можно более естественными. Например, лампы на фото фотовспышках на 5500 и 5600, студийный свет может иметь различную температуру, а съёмка вне студии – вообще трудноконтроллируемый процесс.

Как измерить?

Прибор под названием «Спектрометр» создан для измерения интересующей нас величины. Однако он стоит дорого. Бывают двузонные и трёхзонные спектрометры. Двузонные измеряют соотношение синей и красной составляющее спектра, а трёхзональные – сине-красного и красно-зеленого, что может повысить качество измерений. В настоящее время чаще применяется последний тип, пример такого прибора – MinoltaColor Meter. Кстати этих измерений могут быть использованы как экспонометры и люксметры.

Заключение

Измерение цветовой температуры лампочки очень важный этап при проектировании и производстве продукции. С точки зрения потребителя понимание того, что значат Кельвины в светильниках, поможет выбрать правильный прибор в условиях, когда нет возможности посмотреть как он светит на самом деле.

Источник