Kelvin (viết tắt là K) là đơn vị cơ sở SI (Hệ đo lường Quốc tế) cho nhiệt độ và cũng là đơn vị nhiệt độ được sử dụng phổ biến trong lĩnh vực khoa học tự nhiên và công nghệ. Do đó, nó rất quan trọng và được áp dụng trong nhiều lĩnh vực như vật lý, hóa học, thiết kế mạch điện tử và nhiều lĩnh vực khác.
Định nghĩa
Hình ảnh hiển thị nhiệt độ đo bằng Kelvin và độ C. (Nhà thờ Sint Stefan, Nijmegen, Hà Lan)
Kelvin được định nghĩa thông qua hằng số Boltzmann k_B, được xác định trong bộ đo lường quốc tế năm 2019 với giá trị k_B = 1,380 649 × 10^−23 J/K. Kelvin định nghĩa là thay đổi nhiệt độ T căn cứ vào sự thay đổi năng lượng nhiệt k_BT chính xác là 1.380649e-23 Joule. Định nghĩa này không phụ thuộc vào vật liệu và tiêu chuẩn, nhưng phụ thuộc vào các đơn vị cơ sở khác như mét, kilogram và giây thông qua Joule và các hằng số liên quan.
Mối quan hệ với độ Celsius
Thang độ Celsius đã được định nghĩa sao cho nhiệt độ đo bằng độ C chênh lệch so với nhiệt độ đo bằng Kelvin là chính xác 273,15: T_K = ϑ_ºC + 273,15 ϑ_ºC = T_K - 273,15
Qua định nghĩa này, thay đổi nhiệt độ giữa hai giá trị trong Kelvin và độ Celsius sẽ có cùng giá trị và có thể sử dụng một cách tương đương.
Lịch sử
Trước năm 2019, Kelvin đã được định nghĩa dựa trên nhiệt độ tại điểm đóng băng, điểm sôi của nước, và nhiệt độ tại điểm 3 pha của nước. Nhiệt độ tại điểm đóng băng và sôi nước đã được sử dụng để calib nhiệt kế trong thế kỷ 20, nhưng vì sự khó khăn trong việc lái từ tính của nước, một nhiệt độ tuyến tính khác được chọn làm tham chiếu.
Từ tháng 5 năm 2019, Kelvin được xác định dựa trên hằng số Boltzmann và được lấy làm hệ đo lường cơ sở trong SI. Điều này đã đặt Kelvin trong một hệ thống siêu dựa trên các hằng số tự nhiên, chẳng hạn như hằng số kế hoạch của vật lý hạt nhân và tốc độ ánh sáng trong chân không.
Ký hiệu
Ký hiệu cho đơn vị là chữ cái viết hoa "K". Mặc dù ký hiệu U+212A KELVIN SIGN cũng được sử dụng trong Unicode, nhưng đã được khuyến nghị không sử dụng. Tương tự như các đơn vị SI khác, Kelvin cũng có thể được kết hợp với các tiền tố SI. Các tiền tố phổ biến bao gồm miliKelvin (mK), microKelvin (µK) và nanoKelvin (nK) trong vật lý lạnh, và megaKelvin (MK) và gigaKelvin (GK) trong thiên văn học.
Liên quan đến các đơn vị khác
Kelvin cũng có thể được sử dụng như một đơn vị để đo năng lượng, và nó có mối quan hệ thuận tiện với các đơn vị năng lượng khác như Joule và electron volt (eV). Các quy đổi tương ứng là: 1 K = 8,617 × 10^−5 eV 1 eV = 1,160 × 10^4 K 1 K = 1,381 × 10^−23 J 1 J = 7,243 × 10^22 K
Kelvin cũng có mối quan hệ sử dụng quan trọng trong việc xác định khả năng vượt qua một ngưỡng năng lượng, dựa trên phân phối Boltzmann. Nhiệt độ càng cao, khả năng vượt qua ngưỡng càng lớn.
Kết luận
Kelvin là một đơn vị quan trọng cho đo lường nhiệt độ và được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khoa học và công nghệ. Với sự trợ giúp của nó, chúng ta có thể hiểu rõ hơn về các quá trình và hiện tượng liên quan đến nhiệt độ và năng lượng. Điều này đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển và ứng dụng của các công nghệ và tạo ra hiệu quả cao trong nhiều lĩnh vực.