Kelvin

El kelvin (símbol: K) és la unitat de temperatura del sistema internacional i n'és una de les seves set unitats bàsiques. Lescala Kelvin és una escala de temperatura termodinàmica (absoluta) on el zero absolut, la teòrica absència d'energia, és zero (0 K). Aquesta unitat rep el nom en honor del físic, matemàtic i enginyer britànic William Thomson (1824 - 1907), que va ser nomenat Lord Kelvin, i que va escriure sobre la necessitat d'una "escala de temperatura termodinàmica".

A diferència dels graus Fahrenheit i dels graus Celsius, el kelvin no és un "grau", ni tampoc ha d'escriure's amb el símbol dels graus. El nom correcte de la unitat és kelvin (començat amb minúscula), i no grau Kelvin, i el símbol és K i no °K, com de vegades s'escriu per analogia amb el grau Celsius. El kelvin va ser definit el 1954 com a grau kelvin en la 10a Conferència General de Pesos i Mesures.Resolució número 3 de la 10a CGPM (1954). Per decisió presa el 1967 en la 13a CGPM el nom esdevé l'actual kelvin.Resolució número 3 de la 13a CGPM (1967/68).

Definició El kelvin es defineix basant-se en 2 factors, Zero kelvin es correspon amb el zero absolut, que és la temperatura mínima que es pot aconseguir, i es correspon amb la manca de moviment a nivell molecular. Aquesta temperatura equival a –273,15 graus Celsius, i a –459,67 graus Fahrenheit. Un kelvin és exactament 1/273,16 de la temperatura termodinàmica del punt triple de l'aigua. Una diferència d'un kelvin és equivalent a la d'un grau Celsius, actualment, l'escala Celsius es defineix a partir del kelvin i el grau Celsius és una unitat derivada del SI.

El 2007 la 23a CGPM adoptà una resolució en la qual aclaria que l'aigua a la qual es refereix la definició del kelvin ha de tenir una composició isotròpica concreta.Resolució número 10 de la 23ª CGPM (2007)

Escales de temperatura Actualment es fan servir tres escales de temperatura. L'escala Celsius és la més utilitzada en tot el món. En aquesta escala, en condicions de pressió estàndard, el gel es fon a 0 graus Celsius, i l'aigua bull a 100 graus Celsius. Alguns països utilitzen l'escala Fahrenheit. El gel es fon a 32 graus Fahrenheit, i l'aigua bull a 212 graus Fahrenheit. Es poden fer servir les següents fórmules de conversió: F = C * 9/5 +32 i C =5/9 * (F -32). Cal remarcar que 40 graus sota zero en l'escala Celsius és també 40 graus sota zero en l'escala Fahrenheit.

La temperatura més baixa que hi pot haver és aproximadament –273 graus en l'escala Celsius. La temperatura reflecteix l'energia dels àtoms i molècules, principalment el seu moviment, i ha d'haver-n'hi un mínim, és a dir, un punt en el qual deixen de moure's totalment. (La teoria termodinàmica diu que aquest límit no es pot assolir del tot, però sí que ens hi podem aproximar.) Aquesta teòrica temperatura més baixa se l'anomena "zero absolut".

La temperatura representa —a grans trets— el moviment dels àtoms, i no s'explicaria l'existència de temperatures negatives més que per la definició més o menys arbitrària de les escales existents. Per evitar les temperatures negatives, es va introduir l'escala Kelvin i és aquesta l'escala oficial en el món científic. El sistema internacional de mesures (SI) té set unitats bàsiques, i una n'és el kelvin. En l'escala Kelvin, llavors, no hi ha temperatures negatives. En l'escala Kelvin té sentit dir, per exemple, que una temperatura és el doble d'una altra (en la Celsius això no té sentit, per les unitats arbitràries seleccionades). Això té rellevància en diversos càlculs, com per exemple, el cicle de Carnot (eficiència de màquines de calor), o en la pressió o volum de gasos perfectes.

D'altra banda, en laboratoris s'han aconseguit temperatures d'uns quants nanokèlvins -és a dir, mil milionèsimes de kèlvins a sobre del zero absolut. A aquestes temperatures, algunes substàncies entren en un estat de la matèria anomenat condensació de Bose-Einstein: encara s'estan investigant les propietats d'aquest estat de la matèria.

+Fórmules de conversió entre unitats de temperatura Celsius, kelvin i Fahrenheit Conversió de a FórmulaCelsius Fahrenheit °F = °C⋅1,8 +32Fahrenheit Celsius °C = (°F -32) / 1,8Celsius kelvin K = °C + 273,15kelvin Celsius °C = K –273,15

Escala kelvin de temperatura L'escala de temperatura Celsius és, per definició, la temperatura absoluta amb un decalatge respecte a l'origen de 273,15 K:

on és la temperatura en graus Celsius i la temperatura en kèlvins.

El zero absolut és situat a – 273,15 °C. Els intervals de l'escala en graus Celsius són idèntics als de l'escala kelvin.

L'escala Fahrenheit és una escala anglosaxona afí a l'escala Celsius: on és la temperatura en graus Fahrenheit i la temperatura en graus Celsius.

La inversa de la temperatura és un paràmetre que forma part d'algunes fórmules; els físics utilitzen el paràmetre β definit com: on és la constant de Boltzmann.

Cada escala de temperatura presenta alguns avantatges respecte a les altres, d'aquí que encara coexisteixin.

Unitats SI derivades +Unitats SI derivades expressades a partir de les que tenen noms especials Magnitud Nom Símbol Expressió en unitats SI bàsiquesConductivitat tèrmica watt per metre kelvin W/(m·K) m·kg·s−3·K−1Entropia joule per kelvin J/K m²·kg·s−2·K−1Capacitat tèrmica màssica joule per kilogram kelvin J/(kg·K) m²·s−2·K−1

Unitat de conductivitat tèrmica: watt per metre kelvin (W/(m·K)) és la conductivitat tèrmica d'un cos homogeni i isòtrop, en què una diferència de temperatura d'1 kelvin entre dos plans paral·lels, d'àrea 1 metre quadrat i distants 1 metre, produeix entre aquests plans un flux tèrmic d'1 watt. Unitat d'entropia: joule per kelvin (J/K) és l'augment d'entropia d'un sistema que rep una quantitat de calor d'1 joule, a la temperatura termodinàmica constant d'1 kelvin, sempre que en el sistema no tinga lloc cap transformació irreversible. Unitat de capacitat tèrmica màssica: joule per kilogram kelvin (J/(kg·K)) és la capacitat tèrmica màssica d'un cos homogeni d'una massa d'1 kilogram, en el qual l'aportació d'una quantitat de calor d'un joule produeix una elevació de temperatura termodinàmica d'1 kelvin.

Convencions tipogràfiques i d'ús Majúscules, ús del plural, i convencions escrites Quan es fa referència a la unitat kelvin (o a una temperatura específica o a un interval de temperatura), el nom kelvin sempre s'escriu amb una k minúscula llevat que sigui la primera paraula en una frase. En català, considerant que és una paraula adaptada, la forma de plural és: kèlvins. Quan la referència és a l'escala Kelvin, la paraula kelvin –que és normalment un nom– amb funcions d'adjectiu que modifica el nom escala, s'escriu amb majúscula inicial.

Fins a la 13a Conferència General de Pesos i Mesures (CGPM) el 1967-1968, la unitat kelvin era designada com un grau, igual que les altres escales de temperatura de l'època. Es distingia de les altres escales amb el sufix adjectivador Kelvin («grau Kelvin») o amb absolut («grau absolut») i el seu símbol era °K. Aquesta última denominació (grau absolut), que va ser el nom oficial de la unitat des de 1948 fins a 1954: era bastant ambigua perquè també es podria interpretar com referida a l'escala Rankine. Abans de la 13a CGPM, la forma plural era graus absoluts. La 13a CGPM convertia el nom en simplement kelvin (símbol K).Barry N. Taylor, Guide for the Use of the International System of Units (SI), Publicació especial 811, format PDF, National Institute of Standards and Technology L'omissió de grau indica que no és relatiu a un punt de referència arbitrari com les escales Celsius i Fahrenheit, sinó més aviat una unitat absoluta de mesura que es pot manipular algebraicament (p. ex., multiplicant per dos per indicar dues vegades la quantitat d'"energia" disponible entre graus elementals de llibertat del sistema).

Format i tipus de lletra pel símbol K El símbol del «kelvin» sempre és una lletra majúscula no cursiva: K. En la convenció SI, tots els símbols que porten el nom d'una persona es posen en majúscula; en el cas del kelvin, la majúscula només el distingeix del símbol del prefix del SI "quilo", que té la k minúscula com el seu símbol. L'admonició en contra de posar en cursiva el símbol K s'aplica a tots els símbols d'unitat de SI; només els símbols de variables i constants (p. ex., P de pressió, i c de 299.792.458 m/s) es posen en cursiva en articles científics i d'enginyeria. Com passa amb la majoria dels altres símbols d'unitats del SIels símbols d'angle, p. ex. 45 ° 3′ 4″ en són l'excepció hi ha un espai entre el valor numèric i el símbol «kelvin» (p. ex., "99.987 K")SI Unit rules and style conventions National Institute of Standards and Technology, setembre 2004Rules and style conventions for expressing values of quantities, SI Brochure, 8ª edició, pag. secció 5.3.3

El caràcter especial kelvin Unicode Unicode proporciona un caràcter compatible Unicode per al kelvin a: U+212A (decimal 8490), compatible amb les codificacions CJK que proporcionen tal caràcter. A sota, en text granatós, està el caràcter kelvin seguit immediatament per un K majúscula simple:

K K

Vist en els ordinadors que pròpiament donen suport a Unicode, el text citat pot ser similar al text de sota (la mida en pot variar):

23px|Kelvin

La descomposició bàsica d'aquest caràcter és U+004B (K majúscula), així alguns navegadors poden simplement mostrar una "K" al seu lloc a causa de la normalització Unicode.

Ús barrejat d'escales Kelvin i Celsius en articles tècnics En articles tècnics de ciència i enginyeria, les escales Celsius i Kelvin són sovint utilitzades simultàniament en el mateix article (p. ex., ... el seu valor mesurat era de 0.01023 °C amb una incertesa de 70 µK...). Aquesta pràctica és permissible perquè el grau Celsius és un nom especial del kelvin i la magnitud del grau Celsius és exactament igual a la del kelvin.Unitats amb noms especials i símbols; les unitats que incorporen noms especials. SI, 8ª edició, Secció 2.2.2, Taula 3 Oficina Internacional de Pesos i Mesures, 2006 Malgrat que la resolució 3 de la 13a CGPM manifesta que «un interval de temperatura també es pot expressar en graus Celsius», la pràctica d'utilitzar simultàniament tant °C com K està estesa per tot el món científic, i l'ús de les formes prefixades del SI del grau Celsius (com ara µ°C o micrograus Celsius) per a expressar un interval de temperatura no ha estat àmpliament adoptat.[Resolució 3: Unitats SI de temperatura termodinàmica (kelvin). Resolucions de la 13a CGPM Oficina Internacional de Pesos i Mesures, 1967

Història de l'escala Kelvin miniatura|Lord KelvinAlgunes de les fites històriques en el desenvolupament de l'escala Kelvin i de la seva unitat, el kelvin:

1848: William Thomson, primer Baró de Kelvin escrivia al seu diari Sobre l'escala termomètrica absoluta, de la necessitat d'una escala on "el fred infinit" (zero absolut) fos el punt nul de l'escala, i que utilitzés el grau Celsius pel seu increment d'unitat.William Thomson, On an Absolute Thermometric Scale, Philosophical Magazine, Octubre del 1848 Aquesta escala absoluta és coneguda avui com l'escala de temperatura termodinàmica de Kelvin. És notable que el valor de Thomson de –273,15 s'obtingués de fet de 0,00366, que era el coeficient d'expansió acceptat del gas per grau Celsius relatiu al punt de congelació. L'invers de –0,00366 expressat amb cinc dígits significatius és –273,22 °C que és extraordinàriament a la vora del valor veritable de –273,15 °C. 1954: La resolució 3 del 10è CGPM donava a l'escala Kelvin la seva moderna definició, designant el punt triple de l'aigua com el seu segon punt que defineix i assigna la seva temperatura a exactament 273,16 graus Kelvin.Resolució 3: Definició de l'escala de temperatura termodinàmica, Resolucions de la 10ª CGPM, Comitè Internacional de Pesos i Mesures 1954