Kelvin

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun
Tämä artikkeli käsittelee lämpötilan yksikköä. Sanan muita merkityksiä on lueteltu täsmennyssivulla.

Kelvin (yksikön tunnus K [1][2]) on SI-järjestelmän mukainen mittayksikkö perussuureelle lämpötila. Kelvinin lämpötila-asteikko on absoluuttinen asteikko, jollaisella on nollakohta absoluuttisessa nollapisteessä. Kelvin-asteikon arvo on suoraan verrannollinen aineen lämpöliikkeen energian odotusarvoon, minkä vuoksi se on tieteessä ja tekniikassa tärkeimmän asteikon asemassa. Kelvin-asteikon asteväli on sama kuin Celsius-asteikolla eli 1 K = 1 °C.[2]

Sisällysluettelo

Yksikön määritelmä [muokkaa]

Kelvin on nykyisen määritelmänsä mukaan 1/273,16-osa termodynaamisesta lämpötilasta puhtaan veden kolmoispisteessä.[3][4][2]

Vuoden 2005 lisäyksen mukaan puhdas vesi on tislattua vettä, jossa veden alkuaineet vety ja happi täyttävät isotooppien suhteen seuraavan seossuhteen. Vedyssä tulee esiintyä isotooppia 2H 0,00015576 mol jokaista moolia 1H kohti. Happea tulee esiintyä isotooppia 17O 0,0003799 mol jokaista moolia 16O kohti ja isotooppia 18O 0,0020052 mol jokaista moolia 16O kohti.[4][2]

Määritelmästä seuraa se, että veden kolmoispisteen lämpötila on kelvineinä tasan T = 273,16 K on t = 0,01 °C.[4]

Suhde Celsius-asteikkoon [muokkaa]

Mitatun lämpötilan T ja veden jäätymispisteen lämpötilan T0 erotusta kutsutaan Celsius-asteeksi t

t = T - T_0.

Celsius on siten virallinen lämpötilayksikkö, jota käytetään kelvinin rinnalla.[2] Celsius on tämän tulkinnan mukaan kelvinin erityisnimi.[5] Celsius-asteikossa käytetään positiivisia ja negatiivisia arvoja, koska se on suhteellinen lämpötila-asteikko, mutta Kelvin-asteikossa on vain positiivisia arvoja, koska se on absoluuttinen lämpötila-asteikko.

Koska kolmoispisteen lämpötila on T = 273,16 K ja t = 0,01 °C, tulee veden jäätymispisteeksi T = 273,15 K eli t = 0 °C. Koska asteikkoväli on kelvin- ja Celsius-asteikoissa 1 K = 1 °C, voidaan muunnokset näiden välillä tehdä lisäämällä tai vähentämällä luku 273,15. Celsius-asteet muutetaan kelvineiksi

\frac{T}{K} = \frac{t}{^\circ C} + 273,15

ja kelvinit Celsius-asteiksi

\frac{t}{^\circ C} = \frac{T}{K} - 273,15 [4][2]

Yksiköiden kirjoittaminen [muokkaa]

Teksteissä tulisi noudattaa seuraavia suosituksia. Asteikon nimi juontaa juurensa brittiläisen fyysikon William Thomsonin aatelisnimestä sir Kelvinin, joten yksikön nimi kirjoitetaan erotukseksi pienellä alkukirjaimella "kelvin". Yksikön tunnus sen sijaan kirjoitetaan isolla kirjaimella "K". Celsius-yksikön nimi kirjoitetaan kuitenkin isolla alkukirjaimella, "Celsius-yksikkö" ja "Celsius-asteikko" kuten myös yksikön tunnus "°C". Astetta merkitsevä ympyrä kuuluu vuoden 1968 suosituksen jälkeen lisätä vain Celsius-yksikköön.[2]

Kelvinin symboli on tavallinen iso K-kirjain, myös Unicode-merkistössä. Unicodessa on tosin olemassa ns. yhteensopivuusmerkki U+212A (KELVIN SIGN), mutta se on tarkoitettu ainoastaan teknisiin erityistarkoituksiin merkistönmuunnoksissa.[6][7]

Yksikön historiaa [muokkaa]

Lämpötila-asteikon esitteli William Thomson eli lordi Kelvin vuonna 1848. Hän käytti kaasulämpömittaria, jonka täyteaineen (ilman) lämpölaajenemista hän tutki. Kaasun tilavuudet hän kirjasi ylös Celsius-asteiden funktiona. Olettamalla tilavuuden muutoksien ja lämpötilaerojen seuraavan toisiaan suoraan verrannollisesti, laski hän kaasun nollatilavuudelle arvon -273 °C, aivan kuten teki myös Gay-Lussac. Tämä oli käänteisluku kaasun lämpölaajenemiskertoimelle Celsius-asteen lämmönnousulle.[8]

Vuonna 1948 suositteleva komitea (Comité International des Poids et Mesures, lyhennetään CIPM [9]) ottaa käyttöön nimen Ceslsius-aste.[10]

Vuonna 1954 10. kansainvälisessä mitta- ja painokonferenssissa (10th Conférence Générale des Poids et Mesures, lyhennetään CGPM [11]) kelvinin määritelmäksi määrätään veden jäätymispisteen sijasta tarkempi veden kolmoispiste, joka astetaan tarkasti lukemalle 273,16 K. Veden jäätymispiste 0 °C on tästä lähtien 0,01 astetta alempi lämpötila kuin kolmoispiste.[12]

Vuonna 1968 jätettiin kelvinin yksikön tunnuksesta °K pois astemerkki, jolloin yksikkönä käytetiin siitä lähtien vain K (13. CGPM). Samassa yhteydessä sallittiin myls Celsius-asteiden käyttö kelvinin rinnalla kaikissa yhteyksissä.[12]

Vuonna 1989 julkaistiin kattava tapa kalibroita eri lämpötiloihin käytettäviä lämpömittareita (CIPM). Standardijulkaistiin nimellä "International Temperature Scale of 1990, ITS-90".[13]

Vuonna 2005 CIPM ehdotti mittatarkkuuden yhä kasvaessa, että kelvin määriteltäisiin sellaisesta vedestä, jonka isotooppisuhteet ovat jakaantuneet nykyään voimassa olevalla tavalla (katso möäritelmä yllä).[14]

Vuoden 2007 kansainvälisessä mitta- ja painokonferenssissa on käsitelty ehdotusta kelvinin määrittelemiseksi uudestaan Boltzmannin vakion avulla. Tällöin mainittu vakio saisi tarkkaan määritellyn arvon 1,3806505×10-23 joulea kelviniä kohti. Tämä ehdotus on vielä työn alla.[15]

Korvatut yksiköt [muokkaa]

Koska kelvin-asteikko on sama astevälinsä suhteen kuin Celsius-asteikko, voidaan sanoa kelvinin korvanneen osittain sen tieteellisissä mittauksissa. Sen sijaan on ollut olemassa toinenkin absoluuttinen eli termodynaaminen lämpötila-asteikko. Se oli Rankine-asteikko, jonka asteväli oli Fahrenheit-asteikon asteen suuruinen. Tätä käytettiin vielä 1900-luvulla Yhdysvalloissa, mutta sitä ei enää suositella käytettäväksi.[16][17]

Johdannaisyksiköitä [muokkaa]

Kelviniä on käytetty eräissä johdannaisyksiköissä:

SI-kertoimet [muokkaa]

Kaikki kelvinin kerrannaiset ovat

Kerroin Nimi Tunnus Kerroin Nimi Tunnus
100 kelvin K      
101 dekakelvin daK 10–1 desikelvin dK
102 hehtokelvin hK 10–2 senttikelvin cK
103 kilokelvin kK 10–3 millikelvin mK
106 megakelvin MK 10–6 mikrokelvin µK
109 gigakelvin GK 10–9 nanokelvin nK
1012 terakelvin TK 10–12 pikokelvin pK
1015 petakelvin PK 10–15 femtokelvin fK
1018 eksakelvin EK 10–18 attokelvin aK
1021 tsettakelvin ZK 10–21 tseptokelvin zK
1024 jottakelvin YK 10–24 joktokelvin yK

Katso myös [muokkaa]

Lähteet [muokkaa]

  • Taylor, Barry N. & Thompson, Ambler (toim.): The International System of Units (SI) (pdf) (nro 330) NIST Special Publication. 2008. Washington D.C.: National Institue Of Standards And Technology. Viitattu 15.2.2013. (englanniksi)

Viitteet [muokkaa]

  1. ↑ SI-järjestelmä suomeksi
  2. ↑ a b c d e f g Taylor, Barry N. & Thompson, Ambler (toim.): The International System of Units (SI), 2008, s.20
  3. ↑ Taylor, Barry N. & Thompson, Ambler (toim.): The International System of Units (SI), 2008, s.23
  4. ↑ a b c d Bureau International des Poids et Mesures, Unit of thermodynamic temperature (kelvin)
  5. ↑ Taylor, Barry N. & Thompson, Ambler (toim.): The International System of Units (SI), 2008, s.25
  6. ↑ Jukka K. Korpela: Unicode Explained, s. 411. O'Reilly Media, 2006.
  7. ↑ Mark Davis: Unicode Myths (s. 23) Viitattu 11.6.2010.
  8. ↑ Zapato Productions: "On an Absolute Thermometric Scale", By Lord Kelvin
  9. ↑ Sizes: CIPM
  10. ↑ Taylor, Barry N. & Thompson, Ambler (toim.): The International System of Units (SI), 2008, s.54
  11. ↑ Sizes: CGPM
  12. ↑ a b Taylor, Barry N. & Thompson, Ambler (toim.): The International System of Units (SI), 2008, s.63
  13. ↑ Taylor, Barry N. & Thompson, Ambler (toim.): The International System of Units (SI), 2008, s.73
  14. ↑ Taylor, Barry N. & Thompson, Ambler (toim.): The International System of Units (SI), 2008, s.80
  15. ↑ Ehdotus: s. 9/14
  16. ↑ NIST: degree Rankine
  17. ↑ Taylor, Barry N. & Thompson, Ambler (toim.): Guide for the Use of the International System of Units (SI), 2008, s.20
  18. ↑ a b c Taylor, Barry N. & Thompson, Ambler (toim.): The International System of Units (SI), 2008, s.64
Haettu osoitteesta http://fi.wikipedia.org/w/index.php?title=Kelvin&oldid=12889901