【走近SI】0开尔文,毕竟有多冷?
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从化学反响和食品加工控制,到天气敦睦候厘革评价,准确的温度丈量关于很多平常事情都有偏紧张意义。
并且,几乎一切的工程历程都取决于温度——有的乃至到了严峻依托的水平。在更极度的条件下——如炼钢所需的低温或使用超导体所需的极温度低——准确测得温度也相反很紧张,但这完成起来要忧伤多。
温度丈量有着久长的汗青
约莫在2000年从前
古希腊拜占庭的工程师菲罗提出了如此的计划:一个装着水和氛围的空心球,经过一根管子与一个敞口罐相联——这有约莫是最早的温度计雏形。
事情原理
当空心球被加热或冷却时,此中的氛围将随之变大或紧缩,招致水从管子吸出或吸入。厥后,人们发觉当球体的温度从水的沸点低落到冰点时,球体中氛围的体积紧缩了1/3支配。这使得人们开头思索,假如不休对球体举行降温的话会产生什么。
19世纪中叶
英国物理学家威廉姆·汤姆逊,即厥后的开尔文勋爵,也对“无穷冷”(我们如今称之为温度的“相对零度”)这一看法萌发了兴致。
1848年,他公布了一篇题为《关于一种相对温标》的文章,并在文中估测相对零度在-273℃支配。为了怀念他的研讨,人们用他的名字定名了温度单位开尔文。
当开尔文勋爵展开研讨的时分,人们还未就“一切物质都是由不休活动的分子构成的”这点告竣共鸣。
如今我们晓得,温度是对这些粒子均匀动能的反应,而相对零度——0开尔文——对应着可以到达的最温度低度,即分子完全中止热活动的形态。
1960年SI创建时
水三相点的温度被准确界说为273.16K。这是不含气体的液态水、固态水(冰)和水蒸气三相共存到达均衡形态的温度。
之以是选择这个温度作为标准温度,是由于它既便利宜用,又易于复现。相应地,开尔文被界说为水三相点温度的273.16分之一。
我们经过与标准温度比力的办法,来丈量物体的温度。在SI中,我们还界说了另一种温度单位,摄氏度(℃)。以开尔文为单位的温度数值减去273.15,就可以取得以摄氏度表现的温度数值了:t(°C)=T(K)-273.15。
之以是这么做是为了便利从前使用摄氏温标的种种使用。在平常生存中,我们习气用摄氏度表现温度。在这个温标下,水在0℃结冰,在100℃沸腾。注意到从开尔文换算到摄氏度必要减去273.15,那么水三相点的温度应即是0.01℃。
开尔文脱“水”
在新的界说中,开尔文将不再以一个随机拔取的参考温度来界说,而是以分子动能来界说。
界说办法
当玻尔兹曼常数k以单位J K-1,
即kg m2s -2K -1表现时,将其安稳数值取为1.380 649×10-23来界说开尔文,此中千克、米和秒用h,c和△ν界说。
新界说奏效今后,我们将可以直接用分子动能来高效地丈量温度。摄氏度与开尔文的换算干系将与2019年5月之前的坚持一律。
关于绝大大多用户来说,重新界说将寂静而至,不留痕迹;水仍旧在0℃结冰,在界说改动从前标定过的温度计的示值仍然准确无误。但是,重新界说使全新的测温武艺成为约莫,极高、极温度低丈量约莫开始获益。
本期主编:王惜纯
本期小编:王 嘉
内容泉源:欧洲计量构造
( 翻译:中国计量封建研讨院 陈杭杭 高 蔚 整理:史玉成)
