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Kelvin-Skala

Kelvin-Skala

Definition der Kelvin-Skala

Die Kelvin- Temperaturskala ist eine absolute Temperaturskala mit Null bei absolutem Nullpunkt. Kelvin ist die Basiseinheit der Temperatur im Internationalen Einheitensystem (SI). Der Kelvin-Grad ist zusammen mit dem Grad Celsius eine der beiden weltweit am häufigsten verwendeten Temperatureinheiten.

Kelvin ist die Temperatureinheit des Internationalen Systems. Kelvin ist eine der sieben grundlegenden Temperatureinheiten. Sein Symbol im internationalen Einheitensystem ist K.

Die Kelvin-Skala ist eine thermodynamische (absolute) Temperaturskala, bei der der absolute Nullpunkt, das theoretische Fehlen von Energie, Null (0 K) ist. Diese Einheit ist nach dem britischen Physiker, Mathematiker und Ingenieur William Thomson (1824 - 1907) benannt, der später Lord Kelvin hieß. Lord Kelvin schrieb über die Notwendigkeit einer "thermodynamischen Temperaturskala". Obwohl es üblich ist, den Referenzgrad Kelvin einzuhalten, ist die Realität, dass eine absolute Skala keine Grade hat. Dies ist ein Unterschied in Bezug auf die Celsius- und Fahrenheitsskala, die Grad haben.

Um die Temperaturdifferenz oder das Intervall auszudrücken, hilft die Verwendung von Kelvin (oder Kelvin) anstelle von Grad Celsius, Situationen zu vermeiden, in denen diese Größen mit der Celsius-Temperatur verwechselt werden. Kelvin ist die Temperatureinheit, die zur Verwendung in abgeleiteten Einheiten wie W / (m · K) oder mit einem Präfix wie milli in mK geeignet ist.

Unterschied zwischen Kelvin und Kelvin-Grad

Im Gegensatz zu Grad Fahrenheit und Grad Celsius ist Kelvin kein "Grad" und sollte auch nicht mit dem Gradsymbol geschrieben werden. Der korrekte Einheitenname ist Kelvin (mit Kleinbuchstaben begonnen). Manchmal kann es als Kelvin-Grad oder mit dem ° K-Symbol in Analogie zum Celsius-Grad geschrieben werden, aber es ist nicht korrekt. Ihre Einheiten sind Kelvin und sie drücken sich mit einem K aus.

Kelvin wurde 1954 als Kelvin-Abschluss bei der 10. Generalkonferenz für Maße und Gewichte definiert. Durch die Entscheidung, die 1967 bei der 13. CGPM getroffen wurde, wird der Name zum heutigen Kelvin.

In den Jahren 1967/68 änderte die Resolution 3 der 13. Generalkonferenz für Gewichte und Maße den Namen der Einheit für die thermodynamische Temperaturerhöhung "Kelvin", Symbol K, und ersetzte "Grad Kelvin", Symbol ° K.

Umrechnung zwischen Kelvin-Temperaturskalen

Im Gegensatz zu den meisten Umrechnungen zwischen verschiedenen Maßeinheiten für physikalische Größen, für die es ausreicht, mit einem bestimmten Faktor zu multiplizieren oder zu dividieren, können Umrechnungen zwischen verschiedenen Temperaturskalen einen Ausdruck beinhalten, der zusätzlich zu einem Faktor addiert oder subtrahiert werden muss der Multiplikation Dies liegt daran, dass unterschiedliche Temperaturskalen eine unterschiedliche "Null" definieren. Außerdem bezieht sich das Kelvin-Messsystem auf eine bestimmte "Null", die absolute Null ist und der niedrigsten Temperatur entspricht, die theoretisch in jedem makroskopischen System erhalten werden kann. Dies führt dazu, dass die in "Kelvin" gemessene Temperatur als absolute Temperatur bezeichnet wird und aus demselben Grund das Gradsymbol (°) nicht vor dem Kelvin-Symbol (K) steht.

Obwohl die Celsius-Skala und die Kelvin-Skala unterschiedliche Referenzen haben, stimmen die mit den beiden Skalen gemessenen Werte der Temperaturbereiche (dh der Temperaturunterschiede) überein. Dies bedeutet, dass während eine Temperatur T von 25,00 Grad Celsius 298,15 k entspricht, eine Temperaturdifferenz ΔT von 25,00 ° C genau 25,00 k entspricht.

 

Definition von Kelvin

Kelvin (früherer Grad Kelvin) wird basierend auf 2 Faktoren definiert,

  • Null Kelvin entspricht dem absoluten Nullpunkt, dh der Mindesttemperatur, die erreicht werden kann, und der Bewegungslosigkeit auf molekularer Ebene. Diese Temperatur entspricht -273,15 Grad Celsius und -459,67 Grad Fahrenheit
  • Ein Kelvin ist genau 1 / 273.16 der thermodynamischen Temperatur des Tripelpunktes von Wasser. Die Differenz eines Kelvins entspricht der eines Celsius-Grads. Derzeit wird die Celsius-Skala aus dem Kelvin definiert und der Celsius-Grad ist eine Einheit, die aus dem internationalen Einheitensystem abgeleitet ist.
  • Im Jahr 2007 nahm die 23. Generalkonferenz für Gewichte und Maße eine Entschließung an, in der klargestellt wurde, dass das in der Definition von Kelvin genannte Wasser eine spezifische isotrope Zusammensetzung haben muss.

    Praktische Verwendungen von Kelvin

    Der Kelvin-Grad wird in vielen Aspekten der Physik verwendet. Wir stellen jedoch zwei Anwendungen vor, bei denen Kelvin eine besondere Bedeutung zukommt.

    Farbtemperatur

    Die Kelvin-Qualität wird häufig zur Messung der Farbtemperatur von Lichtquellen verwendet. Die Farbtemperatur basiert auf dem Prinzip, dass ein Schwarzkörperstrahler Licht aussendet, dessen Farbe von der Temperatur des Strahlers abhängt. Schwarze Körper mit Temperaturen unter ca. 4000 K erscheinen rötlich, während solche über ca. 7500 K bläulich erscheinen.

    Die Farbtemperatur ist wichtig in den Bereichen Bildgebung und Fotografie, in denen eine Farbtemperatur von ungefähr 5600 K erforderlich ist, um zu den "Tageslicht" -Filmemulsionen zu passen. In der Astronomie basieren die Sternklassifikation von Sternen und ihre Position im Hertzsprung-Russell-Diagramm teilweise auf ihrer Oberflächentemperatur, der effektiven Temperatur. Die Photosphäre der Sonne hat zum Beispiel eine effektive Temperatur von 5778 K.

    Digitalkameras und Foto-Software verwenden häufig die Farbtemperatur in K in den Bearbeitungs- und Konfigurationsmenüs. Der einfache Leitfaden ist, dass das Bild umso weißer oder blauer wird, je höher die Farbtemperatur ist. Die Verringerung der Farbtemperatur ergibt ein Bild, das stärker von rötlichen, "wärmeren" Farben dominiert wird.

    Kelvin als Maß für Lärm

    In der Elektronik wird der Kelvin als Indikator dafür verwendet, wie laut ein Stromkreis im Verhältnis zum endgültigen Grundrauschen ist, dh zur Temperatur des Rauschens. Das sogenannte Johnson-Nyquist-Rauschen diskreter Widerstände und Kondensatoren ist eine Art thermisches Rauschen, das aus der Boltzmann-Konstante abgeleitet wird und zur Bestimmung der Rauschtemperatur einer Schaltung verwendet werden kann, die Friis-Formeln für Rauschen verwendet.

    Geschichte der Kelvin-Skala

    Die Kelvin-Skala und ihre Einheit hatten im Laufe der Geschichte unterschiedliche Entwicklungsmeilensteine:

    1848: William Thomson, der erste Baron von Kelvin, schrieb in sein Tagebuch Auf der absoluten thermometrischen Skala über die Notwendigkeit einer Skala, bei der "die unendliche Kälte" (absolute Null) der Nullpunkt der Leiter war und für die der Grad Celsius verwendet wurde Deine zunehmende Einheit. Diese absolute Skala ist heute als die thermodynamische Temperaturskala von Kelvin bekannt. Es ist bemerkenswert, dass der Thomson-Wert von -273,15 tatsächlich 0,00366 betrug, was der akzeptierte Ausdehnungskoeffizient des Gases um Grad Celsius relativ zum Gefrierpunkt war. Die Umkehrung von -0,00366, ausgedrückt mit fünf signifikanten Stellen, beträgt -273,22 ° C, was außerordentlich nahe am wahren Wert von -273,15 ° C liegt.

    1954: Die Resolution 3 der 10. CGPM gab der Kelvin-Skala ihre moderne Definition und bezeichnete den Tripelpunkt des Wassers als ihren zweiten Punkt, der seine Temperatur definiert und genau 273,16 Grad Kelvin zuordnet.

    1967/1968: Die Resolution 3 der 13. CGPM benannte den Anstieg der thermodynamischen Temperatur in Kelvin, Symbol K, um, das den absoluten Grad, Symbol ° K, ersetzte. Außerdem ist es nützlich, die Größe des Anstiegs, die 13. CGPM, genauer zu definieren bestätigt in Resolution 4, dass Kelvin, eine Einheit der thermodynamischen Temperatur, gleich dem Bruchteil 1 / 273.16 der thermodynamischen Temperatur des Tripelpunktes von Wasser ist.

    2005: Das Internationale Komitee für Gewichte und Maße (CIPM), ein CGPM-Komitee, erklärte, dass sich die Definition der thermodynamischen Temperaturskala für Kelvin auf Wasser mit einer Zusammensetzung beziehen würde, um die Temperatur des Tripelpunkts von Wasser abzugrenzen Isotopenspezifikation im Vienna Standard Mean Ocean Water (VSMOW).

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    Geändert am: 28. Januar 2020