Kelvin (K)
Das Kelvin ist die SI-Basiseinheit der thermodynamischen Temperatur, benannt nach dem irisch-schottischen Physiker William Thomson, 1. Baron Kelvin. Anders als Celsius und Fahrenheit beginnt die Kelvin-Skala beim absoluten Nullpunkt - der niedrigsten physikalisch möglichen Temperatur, bei der alle thermische Bewegung aufhört. Wissenschaftler, Ingenieure und Techniker weltweit verwenden Kelvin für präzise Temperaturmessungen in Physik, Chemie, Astronomie und Materialwissenschaft.
Definition
Das Kelvin ist definiert durch den festgelegten numerischen Wert der Boltzmann-Konstante k von 1,380649 × 10-23 J/K. Der absolute Nullpunkt (0 K) ist die niedrigste mögliche Temperatur und entspricht −273,15 °C oder −459,67 °F. Ein Kelvin hat die gleiche Größe wie ein Grad Celsius - die Skalen unterscheiden sich nur in ihrem Nullpunkt. Zur Umrechnung von Kelvin in Celsius werden 273,15 subtrahiert. Zur Umrechnung in Fahrenheit wird mit 9/5 multipliziert und 459,67 subtrahiert. Das Kelvin-Symbol ist K (nicht °K) und wird ohne Gradzeichen geschrieben.
Geschichte
William Thomson schlug 1848 das Konzept einer absoluten Temperaturskala vor und argumentierte, dass Temperatur vom Punkt aus gemessen werden sollte, an dem die Molekülbewegung vollständig aufhört. Er basierte seine Skala auf dem Celsius-Grad, verschob aber den Nullpunkt auf den absoluten Nullpunkt (−273,15 °C). Die Einheit hieß ursprünglich „Grad Kelvin“ und würde °K geschrieben, doch 1967 strich die Generalkonferenz für Maß und Gewicht das Wort „Grad“ und das °-Symbol, sodass sie einfach „Kelvin“ (K) heißt. 2019 würde das Kelvin neu definiert, indem der numerische Wert der Boltzmann-Konstante auf exakt 1,380649 × 10-23 Joule pro Kelvin festgelegt wurde, wodurch die Definition von den Eigenschaften des Wassers entkoppelt und auf eine fundamentale physikalische Konstante gegründet wurde.
Häufige Verwendungen
In Physik und Chemie ist Kelvin die Standardeinheit für thermodynamische Temperaturen, Reaktionskinetik und Gasgesetz-Berechnungen (das ideale Gasgesetz PV = nRT verwendet Kelvin). Astronomen verwenden Kelvin zur Beschreibung stellarer Oberflächentemperaturen - die Sonnenoberfläche hat etwa 5.778 K. Die Farbtemperatur von Beleuchtung wird in Kelvin angegeben: Warmweiße Lampen haben etwa 2.700 K, Tageslichtlampen etwa 5.000-6.500 K. Kryogenik und Supraleiterforschung arbeiten in Bereichen von Millikelvin bis einigen hundert Kelvin. In Deutschland verwenden Kalibrierlaboratorien, Halbleiterfertigung und die PTB das Kelvin als Referenzeinheit.
Wussten Sie? Fakten über Kelvin
- Der absolute Nullpunkt (0 K) wurde in einem Labor nie erreicht, obwohl Wissenschaftler Atome auf Milliardstell Kelvin darüber gekühlt haben.
- Die kosmische Mikrowellenhintergrundstrahlung, das Nachleuchtend des Urknalls, hat eine Temperatur von etwa 2,725 K.
- Das Kelvin ist die einzige SI-Basiseinheit, deren ausgeschriebener Name mit einem Kleinbuchstaben beginnt, obwohl das Symbol K großgeschrieben wird.
- Die Kerntemperatur der Sonne beträgt etwa 15,7 Millionen Kelvin, während ihre Oberfläche vergleichsweise kühle 5.778 K hat.
- LED- und Monitor-Farbtemperaturen verwenden Kelvin: 2.700 K wirkt warm und gelblich, 6.500 K wirkt kühl und bläulich, und 10.000 K erscheint fast violett-weiß.