Что такое кельвины в освещении и как они измеряются

Содержание

Понятие цветовой температуры

Температура света это диапазон волн, который излучает источник освещения. Наше зрение воспринимает не весь спектр, но мы можем видеть, что некоторые лампы рассеивают теплый желтоватый оттенок, другие нейтральный белый свет, или холодный голубой.

Для человека более комфортно применять лампы, излучение которых максимально приближено к дневному свету.

Что измеряется в кельвинах

Для определения цветовой температуры применяется единица измерения градус Кельвина. Точкой отсчета является 0 градусов Кельвина. Это абсолютно черное тело, которое не испускает излучение.

Каждый объект при нагреве, начинает рассеивать поток волн разной длины, который становится видимым светом. Так при нагреве:

  • До 530˚С мы видим свечение темно-бордового цвета, что соответствует (800 К).
  • До 1030˚С – ярко-алый оттенок. Его можно наблюдать, если раскалить некоторые виды сплавов (1200 К).
  • До 1730˚С – темно-оранжевое свечение. Такой оттенок имеет затухающее пламя или раздуваемые угли (2000 К).
  • До 2230˚С – светло-желтое излучение, наблюдается при утреннем свете (2500 К).
  • До 5230˚С – нейтральный поток, такой дает солнце в зените (5500 К).
  • До 8730˚С – холодный синий, наблюдается при ядерной вспышке (9000 К).

Диапазоны цветовой температуры для ламп. Маркировка цвета свечения.

Для разных типов ламп диапазон цветовой температуры будет различаться.

Типы ламп

Диапазон ЦТ,К

Лампы накаливания и галогеновые

2700-3500

Дуговые ртутные

3800-5000

Натриевая лампа высокого давления

Не более 2200

Металлогалогенные

2500-20000

Люминесцентные

2700-6500

Компактные люминесцентные

2700-6500

Светодиодные

2200-7000

Точный цвет света зависит от вида и мощности лампы. Например, двухсотваттная лампа накаливания имеет цветность равную 3000 К, хотя в целом разброс цветности невелик.

Наибольший диапазон ЦТ у светодиодных источников света. Разнообразие связано с их конструкцией: для изготовления светодиодов используются разные материалы. Свет даже одинаковых led различается в зависимости от производителя. Для точной индексации температуры свечения разработан стандарт ANSI C78.377A. Цветовое свечение светодиодных ламп разбивается на 8 классов:

  • 2725±145 (К);
  • 3045±175 (К);
  • 3465±245 (К);
  • 3985±275 (К);
  • 4503±243 (К);
  • 5028±283 (К);
  • 5665±355 (К);
  • 6530±510 (К).

Даже в рамках одного класса свечение у разных лампочек различается. Производители придумали разбивать классы на подклассы (бины). Унификации пока не достигнуто: каждый изготовитель предлагает свою линейку цветовых температур. Поэтому лучше в один светильник вставлять лампочки одной фирмы. Иначе будут  расхождения в цвете свечения.

На упаковке led-ламп кроме значения цветовой температуры указывается подгруппа цветности.

Маркировка

Расшифровка

Примерный свет

WW (warm write)

Теплый белый, 2700-3300 К.

NW (neutral write)

Нейтральный белый, 3300 – 5000 К.

CW (cool write)

Холодный белый, свыше 5000 К

Маркировка люминесцентных ламп по цветовой температуре.

Российский ГОСТ выделяет пять разновидностей цвета. Они обозначаются буквами.

  • ТБ – тепло-белый (2700-3000 К);
  • Б – белый (3500 К);
  • Е – естественный (5000 К);
  • ХБ – холодно-белый (4200 К);
  • Д – дневной (6000-6500 К).

Например, лампа ЛБ65 белого цвета. В последнее время российские производители наносят маркировку по международным правилам.

Зарубежные производители не маркируют по единому стандарту. Каждый изготовитель наносит свой шифр. ЦТ указывается цифровым кодом. Код у каждого производителя свой. Их расшифровку стоит спросить у продавца или посмотреть в технической документации.

Чаще всего ЦТ маркируют последними двумя цифрами кода. Их умножают на 100 для получения значения в Кельвинах.

Пример маркировки ЛЛ.

На лампе написано: L18W/840. Последние две цифры: 40. Значит, цветовая температура источника света: 40*100 = 4000 (К).

Часто европейские производители перед цифрами, обозначающими цветовую температуру, указывают слово Color/EW. (Например, Т8 w8 FS G13 RS 220 В. G Color/742. Цветовая температура составит: 42*100 = 4200 (К)).

Первая цифра трехзначного кода указывает на индекс цветопередачи (Ra/CRL). Это характеристика показывает, насколько реалистично передаются цвета при данном освещении. Индекс цветопередачи измеряется в процентах. Чем выше, тем лучше. Шифруется первая цифра: например, 7 означает, что Ra = 70-79%. В зависимости от индекса цветопередачи свечение воспринимается по-разному.

Иногда в маркировке ЦТ указывается полностью: SPM-15-27-3500-55. В данном случае температура свечения составит 3500 К.

Свечение люминесцентных ламп.

Какое освещение подобрать

Для разных помещений рекомендации отличаются. Все зависит от особенностей комнаты, зонирования пространства и других факторов. Но можно выделить несколько рекомендаций, чтобы было проще выбирать тип света.

Для кухни

В этом случае можно использовать разные решения, чтобы создать комфортную обстановку:

  1. Теплый свет лампы, расположенной посередине, подойдет для кухонь небольшого размера, которые не сложно осветить и одной люстрой. Лучше подбирать варианты с равномерно рассеивающими плафонами из матового стекла или пластика.
  2. Для тех, кто много и часто готовит, есть смысл оборудовать дополнительную подсветку рабочей зоны. Для нее лучше использовать естественный белый свет, чтобы выделить эту часть помещения и обеспечить идеальную видимость.
  3. Если дополнительно ставятся светильники для обеденной зоны, лучше выбирать лампы с теплым белым светом. Под ним все блюда выглядят более аппетитно, а также создается уютная атмосфера, чтобы спокойно собираться в кругу семьи.

Разные варианты освещения с одинаковой световой температурой – классическое решение.

Для зала

Гостиная – место отдыха и приема гостей, поэтому к ее освещению нужно подойти ответственно и сделать все правильно, не упуская ни одного важного момента:

Чтобы создать расслабляющую и непринужденную обстановку, стоит использовать теплый белый свет. Хорошо подойдет вариант с большой люстрой, в которой расположено несколько ламп, количество и мощность зависят от площади комнаты.
Можно использовать дополнительные элементы – мягкую подсветку натяжного потолка или светодиодную ленту, скрытую под выступающим плинтусом. А при выделении отдельных зон для чтения, приема гостей, рукоделия и т.д. стоит использовать точечные светильники, бра или торшеры. Все зависит от особенностей интерьера.
Лучше всего использовать варианты с возможностью выбора нескольких режимов освещения

Это позволит адаптировать свет под конкретные условия и акцентировать внимание на отдельной части комнаты, если есть необходимость.

В современных светодиодных люстрах можно регулировать не только количество горящих лампочек, но и цветовую температуру.

В гостиной создается обстановка, располагающая к отдыху.

Для спальни

Это помещение предназначено для отдыха и расслабления, поэтому его освещению надо уделить особое внимание. Ничего сложного нет, если помнить несколько простых рекомендаций:

Выбирать теплое освещение, которое создаст спокойную атмосферу. Желательно с возможностью приглушить свет еще больше, поэтому в люстре должно быть как минимум 2 режима.
Для чтения в кровати лучше установить бра или прикроватный торшер

Важно, чтобы плафон располагался не выше, чем в 60 см и равномерно рассеивал свет, освещая только половину кровати, чтобы не мешать спать второму человеку.
Если в спальне стоит зеркало, то стоит использовать подсветку естественного белого света. Он передает все оттенки максимально точно, что важно при нанесении макияжа и выборе наряда

Для удобства подсветку можно сделать и в шкафу-купе.
Если в спальне стоит рабочий стол, для его освещения лучше приобрести светильник, чтобы использовать при необходимости.

В спальне свет должен быть приглушенным, а для чтения лучше поставить светильник на тумбочке или повесить бра.

Для детской комнаты

В этом помещении особенно важно обеспечить качественное освещение, от него зависит зрение ребенка. Также нужно учитывать и возраст детей, это влияет на зонирование комнаты:

  1. Естественный белый свет подойдет для игровой и рабочей зоны. Тут проще всего использовать дополнительное освещение. Выбирать лучше всего светодиодные лампочки, которые не мерцают и меньше всего влияют на зрение.
  2. Общий свет стоит сделать теплым белым, чтобы в комнате было уютно и спокойно, а цвета мебели и других предметов передавались естественно. Использовать люстры или светильники с рассеивающими плафонами, чтобы исключить попадание прямого света лампочки в глаза.
  3. Можно установить мягкую подсветку потолка и включать ее в ночное время в качестве ночника. Это отличное решение, которое потребляет мало электричества и может настраиваться как по яркости, так и по цвету.

В детской нужно создать идеальную обстановку, чтобы зрение ребенка не напрягалось.

Градус Цельсия — это… Что такое Градус Цельсия?

Гра́дус Це́льсия (обозначение: °C) — широко распространённая единица измерения температуры, применяется в Международной системе единиц (СИ) наряду с кельвином.

Градус Цельсия назван в честь шведского учёного Андерса Цельсия, предложившего в 1742 году новую шкалу для измерения температуры. За ноль по шкале Цельсия принималась точка плавления льда, а за 100° — точка кипения воды при стандартном атмосферном давлении. (Изначально Цельсий за 100° принял температуру таяния льда, а за 0° — температуру кипения воды. И лишь позднее его современник Карл Линней «перевернул» эту шкалу). Эта шкала линейна в интервале 0—100° и также линейно продолжается в области ниже 0° и выше 100°. Линейность является основной проблемой при точных измерениях температуры. Достаточно упомянуть, что классический термометр, заполненный водой, невозможно разметить для температур ниже 4 градусов Цельсия, так как в этом диапазоне вода начинает снова расширяться.

Первоначальное определение градуса Цельсия зависело от определения стандартного атмосферного давления, потому что и температура кипения воды и температура таяния льда зависят от давления. Это не очень удобно для стандартизации единицы измерения. Поэтому после принятия кельвина K, в качестве основной единицы измерения температуры, определение градуса Цельсия было пересмотрено.

Согласно современному определению, градус Цельсия равен одному кельвину K, а нуль шкалы Цельсия установлен таким образом, что температура тройной точки воды равна 0,01 °C. В итоге, шкалы Цельсия и Кельвина сдвинуты на 273,15:

История

В 1742 шведский астроном Андерс Цельсий (1701-1744) разработал температурную шкалу обратную той, которую сейчас называют «шкалой Цельсия»: 0 (нулём) была точка кипения воды, а 100 точка замерзания. В своей работе «Observations of two persistent degrees on a thermometer» он рассказал о своих экспериментах, показывающих, что температура плавления льда (100 градусов по обратной шкале Цельсия) не зависит от давления. Он также определил с удивительной точностью, как температура кипения воды варьировалась в зависимости от атмосферного давления. Он предположил, что отметку 0 (точку кипения воды) можно откалибровать, зная на каком уровне относительно моря находится термометр.

Некоторые основные температуры

Кельвин Градус Цельсия Градус Фаренгейта
Абсолютный ноль 0 K −273.15 °C −459.67 °F
Температура кипения жидкого азота 77.4 K −195.8 °C −320.3 °F
Сублимация (переход из твёрдого состояния в газообразное) сухого льда 195.1 K −78 °C −108.4 °F
Точка пересечения шкал Цельсия и Фаренгейта 233.15 K −40 °C −40 °F
Температура плавления льда 273.1499 K −0.0001 °C 31.99982 °F
Тройная точка воды 273.16 K 0.01 °C 32.018 °F
Нормальная температура человеческого тела 310 K 37.0 °C 98.6 °F
Температура кипения воды при давлении в 1 атмосферу (101.325 кПа) 373.1339 K 99.9839 °C 211.971 °F

Источники

  1. Lide, D.R., ed. (1990–1991). Handbook of Chemistry and Physics (Справочник по химии и физике). 71st ed. CRC Press. p. 4–22.
  2. http://chemistry.uah.edu/Faculty/shriver/supplements/Temper Университет Алабамы в Хантсвилле — Температурные шкалы — Шкала Цельсия и Кельвин
  3. Elert, Glenn (2005). Температура здорового человека The Physics Factbook. Retrieved 2007-08-22.
  4. http://chemistry.uah.edu/Faculty/shriver/supplements/Temper Университет Алабамы в Хантсвилле — Температурные шкалы — Шкала Цельсия и Кельвин

Lide, D.R., ed. (1990–1991). Handbook of Chemistry and Physics (Справочник по химии и физике). 71st ed. CRC Press. p. 4–22.

Примечания

  1.  (недоступная ссылка). Дата обращения 9 января 2013.
  2. . www.bipm.org. Дата обращения 1 марта 2017.
  3. . Resolutions of the 10th CGPM. Bureau International des Poids et Mesures (1954). Дата обращения 6 февраля 2008.
  4.  (англ.). SI Brochure: The International System of Units (SI). BIPM. Дата обращения 17 октября 2014.
  5.  (англ.)
  6. Здесь Х заменяет одну или более значащих цифр, которые были определены в окончательном релизе на основании наиболее точных рекомендаций CODATA
  7.  (англ.). Resolution 1 of the 25th CGPM (2014). BIPM. Дата обращения 9 октября 2015.
  8.  (недоступная ссылка). Дата обращения 28 декабря 2014.
  9. Дойников А. С. // Физическая энциклопедия : / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Большая российская энциклопедия, 1999. — Т. 5: Стробоскопические приборы — Яркость. — С. 422. — 692 с. — 20 000 экз. — ISBN 5-85270-101-7.

Оптимальный выбор для интерьера несколько практических советов

Подобранное со знанием дела освещение поможет подчеркнуть оригинальность и эффектность дизайна в квартире, а неудачный выбор, наоборот, способен испортить самый привлекательный интерьер.

Комбинирование нескольких источников света – разумный выход при выборе освещения для квартир. Таким образом удается сгладить недостатки каждого из типов ламп, выровнять общий световой фон в доме. Оптимально установить теплое освещение от потолочных люстр или светильников, а в качестве местной подсветки для кухонной рабочей, обеденной зоны или компьютерного стола использовать элементы с холодным излучением. Закончив работу, требующую повышенной точности, можно отключить лампу и приступить к выполнению остальных дел без ущерба для других домочадцев.

Расставляя светильники, нужно учитывать и время суток. Днем разумно использовать нейтральное освещение, а вечером – мягкое теплое. Так будет проще перенести контраст между текущим естественным освещением и искусственным, присутствующим в квартире. Это положительно скажется на самочувствии и настроении всех домочадцев.

Может показаться, что цветовая температура – абсолютно несущественный параметр. Однако после подробного изучения становятся понятными ее роль в восприятии интерьера и создании комфортной обстановки в доме.

Как это работает в обычной жизни

Рассматриваемый показатель влияет не только на качество освещения, но и на восприятие обстановки человеком и даже на его самочувствие. Если помнить несколько аспектов и придерживаться их, можно добиться лучшего эффекта без особых проблем.

Как зависит восприятие

90% информации об окружающем мире человек получает через зрение. Поэтому от освещения во многом зависит восприятие обстановки. Цветовая температура позволяет оформить помещение так, как это нужно в той или иной ситуации:

  1. Теплый свет, в Кельвинах обычно показатель составляет 2800-3200, идеально подойдет для спальни или зоны отдыха. Он настраивает на спокойный лад, помогает расслабиться и хорошо отдохнуть.
  2. Естественные оттенки (около 4000) создают условия, при которых можно и работать, и отдыхать. Нейтральный вариант обеспечивает наилучшую цветопередачу, при этом излишне не напрягает зрение.
  3. Холодные тона (больше 6000) создают хорошие условия для точных работ. Но при этом длительное нахождение в таких условиях нежелательно. Этот вариант часто применяют при оформлении витрин.

Цветовая температура и наши эмоции

Освещение влияет на самочувствие и настроение человека намного больше, чем кажется на первый взгляд. Если грамотно использовать его, можно положительно влиять на организм и обеспечивать нормальные процессы в нем. Надо помнить следующее:

  1. Желтоватые тона идеально подойдут для утренних часов. Они способствуют быстрому пробуждению, улучшают настроение и стимулируют процессы жизнедеятельности. Теплота света будет кстати и в вечернее время, когда нужно отдохнуть после рабочего дня и подготовиться ко сну.
  2. Нейтральные варианты можно использовать в течение дня, чтобы обеспечить хорошую работоспособность. Они применяются в большинстве помещений дома, так как создают обстановку, приближенную к естественному солнечному свету.

  3. Холодные оттенки оказывают стимулирующее воздействие. Они улучшают работоспособность и повышают внимательность. Но длительное время находиться в таком помещении нельзя, это может привести к стрессу и обратному эффекту – повышенной усталости.

Температура — кельвин

Температура Цельсия ( символ t) определяется выражением: t Т — Т0, Т — температура Кельвина, Т0 273 15 К.

Допускается применять также градус Цельсия С, по размеру равный Кельвину, для выражения температуры Цельсия tT — Te, где Т — температура Кельвина, 7о273 15 К. Тройная точка воды — состояние, при котором находятся в равновесии все г три ее фазы: лед, жидкая вода и насыщенный пар. Равновесие трех фаз воды достигается лишь при вполне определенной тем — пературе 273 16 К0 01 С, в отличие от равновесия каких-либо двух ее фаз, которое возможно и при разных температурах.

Кроме температуры Кельвина, К ( обозначение 7) допускается применение температуры Цельсия, С ( обозначение t), определяемой выражением t — Т-27315 К. Температура Кельвина выражается в кель-винах ( градусах Кельвина), температура Цельсия — в градусах Цельсия. Числовое значение температуры должно сопровождаться значками К и С. По величине кельвин и градус Цельсия равны между собой. Различие состоит лишь в начале отсчета ( см. гл.

Переход от значений температуры в шкале Цельсия к значениям в шкале Кельвина рассматривается в гл. В системе СИ при использовании шкалы температур Кельвина знак градуса не указывается.

Температура таяния льда при нормальном давлении обозначена 0 С. Как видим, разница между абсолютной шкалой температур Кельвина и шкалой Цельсия только в начале отсчета ( в положении нуля) температуры.

Температура Цельсия определяется выражением tT — Тй, где Т — температура Кельвина, Г 273 15 К.

Параметры тройной точки воды следующие: давление насыщенного пара — 4 58 мм рт. ст. 0 006 атм, температура О 01 С. Тройная точка воды является реперной точкой при построении абсолютной термодинамической шкалы температур Кельвина.

Практически для термометрии нет необходимости осуществлять цикл Карно, в котором экспериментальные ошибки обычно очень велики. Температура, введенная во втором законе термодинамики как интегрирующий делитель, как раз и есть температура Кельвина.

В практической термометрии нет необходимости осуществлять циклы Карно, экспериментальные ошибки при проведении которых часто были бы недопустимо велики. Во втором законе термодинамики температура вводится как величина, обратная интегрирующему множителю; можно показать, что температура, определенная таким образом, совпадает с температурой Кельвина.

В практической термометрии нет необходимости осуществлять циклы Карно, экспериментальные ошибки при проведении которых часто были бы недопустимо велики. Во втором законе термодинамики температура водится как величина, обратная интегрирующему множителю; можно показать, что температура, определенная таким образом, совпадает с температурой Кельвина.

Уравнение ( 12) было получено из термодинамического тождества ( 5) и на основе двух изотермических законов поведения идеального газа, а также эмпирического определения величины моля. Величина Т, входящая в уравнение ( 12), та же что и в термодинамическом тождестве ( 5), и, следовательно, является температурой Кельвина.

Однако всякий газ, который строго подчиняется закону Бойля — Мариотта и у которого изменение объема при постоянной температуре не меняет внутренней энергии и, подчиняется закону pv kT, где Т представляет температуру Кельвина. Такой газ, называемый идеальным газом, будучи использован в газовом термометре постоянного давления или постоянного объема, непосредственно воспроизводит шкалу Кельвина.

Кроме температуры Кельвина ( обозначение Т) допускается применять также температуру Цельсия ( обозначение t), определяемую выражением t T — Т, где Г 273 15К по определению. По размеру градус Цельсия равен кельвину. Разность температур Кельвина выражается в Кельвинах. Разность температур Цельсия допускается выражать как в Кельвинах, так и в градусах Цельсия.

Кроме температуры Кельвина ( обозначение Т) допускается применять также температуру Цельсия ( обозначение t), определяемую выражением t T — Tn, где Т0 273 15К по определению. По размеру градус Цельсия равен кельвину. Разность температур Кельвина выражается в Кельвинах. Разность температур Цельсия допускается выражать как в Кельвинах, так и в градусах Цельсия.

По размеру градус Цельсия равен кельвину. Интервал или разность температур Кельвина выражают в Кельвинах. Интервал или разность температур Цельсия допускается выражать как в Кельвинах, так и в градусах Цельсия.

чаевые

Чтобы преобразовать точное значение, используйте номер 273.15 вместо 273.
Ученые обычно не используют скорость слова для обозначения температуры в Кельвине.
Я должен сказать «373 Кельвина» вместо «373 градуса Кельвина».

Разница температур в Кельвине и Цельсии будет одинаковой

Например, разница между точкой кипения и точкой плавления льда будет приниматься во внимание следующим образом:
100 ºC — 0 ºC = 100 ºC или
373,15 K — 273,15 K = 100 K

Если вы хотите просто преобразовать температуру от Фаренгейта до Цельсия, если нет необходимости в точных данных, вы можете просто вычесть 32 из температуры по Фаренгейту и поделиться им с 2.
Например: (100F-32) / 2 = 34 ° c.. Отправленный: Светлана Васильева

2017-11-06 19:54:58

Отправленный: Светлана Васильева. 2017-11-06 19:54:58

Ссылки по теме:

Градусы Цельсия

Шведский метеоролог Андерс Цельсий предложил новую температурную шкалу. В качестве нулевого деления была принята температура кипения воды, а при 100 °C начинал таять лед (оба значения, при нормальном атмосферном давлении)!

Сегодня мы используем шкалу целься наоборот благодаря Карлу Линнею.

На протяжении 18-го века шкалу называли «шведской». В 19-м веке ее чаще всего называют «стоградусной» и изредка по имени создателя. Centigrade по-английски и французски centigrado по итальянски. И только в 1948 году Международный комитет мер и весов окончательно утвердил название «degree Celsius». С современного английского фраза 10 degrees centigrade переводиться как «10 градусов Цельсия».

4. Единицы и шкала измерения температуры

Из того, что температура — это кинетическая энергия молекул, ясно, что наиболее естественно измерять её в энергетических единицах (то есть в системе СИ в джоулях). Однако измерение температуры началось задолго до создания молекулярно-кинетической теории, поэтому практические шкалы измеряют температуру в условных единицах — градусах.

4.1. Шкала температур Кельвина

Понятие абсолютной температуры было введено У. Томсоном (Кельвином), в связи с чем шкалу абсолютной температуры называют шкалой Кельвина или термодинамической температурной шкалой. Единица абсолютной температуры — кельвин (К).

Абсолютная шкала температуры называется так, потому что мера основного состояния нижнего предела температуры — абсолютный ноль, то есть наиболее низкая возможная температура, при которой в принципе невозможно извлечь из вещества тепловую энергию.

Абсолютный ноль определён как 0 K, что равно −273.15 °C (точно).

Шкала температур Кельвина — это шкала, в которой начало отсчёта ведётся от абсолютного нуля.

Важное значение имеет разработка на основе термодинамической шкалы Кельвина Международных практических шкал, основанных на реперных точках — фазовых переходах чистых веществ, определенных методами первичной термометрии. Первой международной температурной шкалой являлась принятая в 1927 г

МТШ-27. С 1927 г. шкала несколько раз переопределялась (МТШ-48, МПТШ-68, МТШ-90): менялись реперные температуры, методы интерполяции, но принцип остался тот же — основой шкалы является набор фазовых переходов чистых веществ с определенными значениями термодинамических температур и интерполяционные приборы, градуированные в этих точках. В настоящее время действует шкала МТШ-90. Основной документ (Положение о шкале) устанавливает определение Кельвина, значения температур фазовых переходов (реперных точек) и методы интерполяции.

Используемые в быту температурные шкалы — как Цельсия, так и Фаренгейта (используемая, в основном, в США), — не являются абсолютными и поэтому неудобны при проведении экспериментов в условиях, когда температура опускается ниже точки замерзания воды, из-за чего температуру приходится выражать отрицательным числом. Для таких случаев были введены абсолютные шкалы температур.

Одна из них называется шкалой Ранкина, а другая — абсолютной термодинамической шкалой (шкалой Кельвина); температуры по ним измеряются, соответственно, в градусах Ранкина (°Ra) и кельвинах (К). Обе шкалы начинаются при температуре абсолютного нуля. Различаются они тем, что цена одного деления по шкале Кельвина равна цене деления шкалы Цельсия, а цена деления шкалы Ранкина эквивалентна цене деления термометров со шкалой Фаренгейта. Температуре замерзания воды при стандартном атмосферном давлении соответствуют 273,15 K, 0 °C, 32 °F.

Масштаб шкалы Кельвина привязан к тройной точке воды (273,16 К), при этом от неё зависит постоянная Больцмана. Это создаёт проблемы с точностью интерпретации измерений высоких температур. Сейчас МБМВ рассматривает возможность перехода к новому определению кельвина и фиксированию постоянной Больцмана, вместо привязки к температуре тройной точки..

4.2. Шкала Цельсия

В технике, медицине, метеорологии и в быту используется шкала Цельсия, в которой температура тройной точки воды равна 0,008 °C, и, следовательно, точка замерзания воды при давлении в 1 атм равна 0 °C. В настоящее время шкалу Цельсия определяют через шкалу Кельвина: цена одного деления в шкале Цельсия равна цене деления шкалы Кельвина, t(°С) = Т(К) — 273,15. Таким образом, точка кипения воды, изначально выбранная Цельсием, как реперная точка, равная 100 °C, утратила свое значение, и по современным оценкам температура кипения воды при нормальном атмосферном давлении составляет около 99,975 °C.Шкала Цельсия практически очень удобна, поскольку вода очень распространена на нашей планете и на ней основана наша жизнь. Ноль Цельсия — особая точка для метеорологии, поскольку связана с замерзанием атмосферной воды. Шкала предложена Андерсом Цельсием в 1742 г.

4.3. Шкала Фаренгейта

В Англии и, в особенности, в США используется шкала Фаренгейта. Ноль градусов Цельсия — это 32 градуса Фаренгейта, а градус Фаренгейта равен 9/5 градуса Цельсия.

В настоящее время принято следующее определение шкалы Фаренгейта: это температурная шкала, 1 градус которой (1 °F) равен 1/180 разности температур кипения воды и таяния льда при атмосферном давлении, а точка таяния льда имеет температуру +32 °F. Температура по шкале Фаренгейта связана с температурой по шкале Цельсия (t °С) соотношением t °С = 5/9 (t °F — 32), t °F = 9/5 t °С + 32. Предложена Г. Фаренгейтом в 1724.

Кратные и дольные единицы:

Десятичные кратные и дольные единицы кельвина образуются с помощью стандартных приставок СИ.

Кратные Дольные
величина название обозначение величина название обозначение
101 К декакельвин даК daK 10−1 К децикельвин дК dK
102 К гектокельвин гК hK 10−2 К сантикельвин сК cK
103 К килокельвин кК kK 10−3 К милликельвин мК mK
106 К мегакельвин МК MK 10−6 К микрокельвин мкК µK
109 К гигакельвин ГК GK 10−9 К нанокельвин нК nK
1012 К теракельвин ТК TK 10−12 К пикокельвин пК pK
1015 К петакельвин ПК PK 10−15 К фемтокельвин фК fK
1018 К эксакельвин ЭК EK 10−18 К аттокельвин аК aK
1021 К зеттакельвин ЗК ZK 10−21 К зептокельвин зК zK
1024 К иоттакельвин ИК YK 10−24 К иоктокельвин иК yK

Кельвин, как единица измерения:

Кельвин – единица термодинамической температуры в Международной системе единиц (СИ), одна из семи основных единиц СИ, названная в честь английского физика Уильяма Томсона (лорда Кельвина).

Кельвин имеет русское обозначение – К и международное обозначение – K.

С 1954 года до 2019 года кельвин определялся как 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды. До 1968 года кельвин официально именовался градусом Кельвина (оK).

Определение кельвина, основанное на использовании численного значения постоянной Больцмана, было принято на XXVI Генеральной конференции мер и весов (16 ноября 2018 года). Формулировка, вступившая в силу 20 мая 2019 года, гласит, что кельвин останется единицей термодинамической температуры; но его величина будет устанавливаться фиксацией численного значения постоянной Больцмана равным в точности 1,380 6X⋅10−23, когда она выражена единицей СИ м2·кг·с−2·К−1, что эквивалентно Дж·К−1.

Начало шкалы (0 К) совпадает с абсолютным нулём. Шкала была предложена в 1848 году Уильямом Томсоном. Уильям Томсон (будущий лорд Кельвин) в своей работе «Об абсолютной термометрической шкале» пишет о необходимости шкалы, нулевая точка которой будет соответствовать предельной степени холода (абсолютному нулю), а ценой деления будет градус Цельсия. Эта абсолютная шкала на сегодняшний день известна как термодинамическая шкала Кельвина. Значение «минус 273» было получено как обратное от 0,00366 — коэффициента расширения газа на градус Цельсия.

Третья резолюция Х Генеральной конференции по мерам и весам (ГКМВ, 1954 г.) дала шкале Кельвина современное определение, взяв температуру тройной точки воды в качестве второй опорной точки и приняв, что её значение составляет ровно 273,16 кельвина («градуса Кельвина» в терминологии того времени, или 0,01 °C).

Внутренний холод

Температуры очень низкие удавалось получать в лабораториях, где физики пытались приблизиться к абсолютному нолю хотя бы на короткие промежутки времени. И они смогли подойти к нему очень близко — ближе, чем в открытом космосе.

В лабораториях используются в качестве охладителей многие жидкие газы, однако и они теплее абсолютного ноля. Можно охладить азот до жидкого состояния — этот газ переходит в него при 77 градусах Кельвина (-196 Цельсия). Жидкий азот легко транспортируется в особых емкостях и используется в больницах для хранения биологических образцов, в том числе для замораживания эмбрионов и спермы в клиниках для больных бесплодием; находит он применение и в современной электронике. Если капнуть жидким азотом на цветок гвоздики, он станет до того хрупким, что уроните его на пол — и он разобьется, точно фарфоровый.

Еще холоднее жидкий гелий — всего 4 градуса Кельвина, однако и эта температура изрядно выше абсолютного ноля. А вот при смешивании двух типов гелия — гелия-3 и гелия-4 — достигается температура в несколько тысячных градуса Кельвина.

Для достижения температур еще более низких физикам приходится использовать изощренные методы. В 1994-м ученые Американского национального института стандартов и технологии (NIST), находящегося в Боулдере, штат Колорадо, с помощью лазера охладили атомы цезия до 700 миллиардных градуса Кельвина. Девять лет спустя ученым Массачусетского технологического института удалось пойти дальше, достигнув 0,5 миллиардных градуса Кельвина.

На самом-то деле абсолютный ноль — идея абстрактная. Такую температуру никогда не удавалось получить в лаборатории или измерить в природе. Ученым, подбирающимся к ней все ближе, приходится мириться с тем, что достигнуть ее никогда не удастся. Но почему? Во-первых, любой термометр, сам не имеющий температуру абсолютного ноля, будет отдавать тепло и тем самым сорвет опыт. Во-вторых, измерять температуру при столь низких энергиях вообще затруднительно — начинают работать такие эффекты, как сверхпроводимость, вмешивается квантовая механика, а это воздействует на движение и состояние атомов. Так что мы просто не сможем узнать наверняка, что уже добрались до абсолютного ноля. Абсолютный ноль — это тот самый случай, когда «нет там никакого там».

История

1848

Уильям Томсон (лорд Кельвин)

Уильям Томсон, будущий лорд Кельвин, в своей работе «Об абсолютной термометрической шкале» («On an Absolute Thermometric Scale») пишет о необходимости шкалы, нулевая точка которой будет соответствовать предельной степени холода (абсолютному нулю), а ценой деления будет градус Цельсия. Эта абсолютная шкала на сегодняшний день известна как термодинамическая шкала Кельвина. Значение «минус 273» было получено как обратное от 0,00366 — коэффициента расширения газа на градус Цельсия.

1954

Третья резолюция Х Генеральной конференции по мерам и весам (ГКМВ) дала шкале Кельвина современное определение, взяв температуру тройной точки воды в качестве второй опорной точки и приняв, что её значение составляет ровно 273,16 кельвина («градуса Кельвина» в терминологии того времени).

1967/1968

В соответствии с третьей резолюцией XIII Генеральной конференции по мерам и весам единица измерения термодинамической шкалы была переименована в «кельвин», а обозначением стал «К» (ранее единица называлась «градус Кельвина», её обозначением был «°K»). Кроме того величина единицы была определена более явно — как равная 1/273,16 тройной точки воды.

2005

В обязательном Техническом приложении к тексту Международной температурной шкалы МТШ‑90 Консультативный комитет по термометрии установил требования к изотопному составу воды при реализации температуры тройной точки воды. Международный комитет мер и весов подтвердил, что определение кельвина относится к воде, чей изотопный состав определён следующими соотношениями:

  • 0,000 155 76 моля 2H на один моль 1Н
  • 0,000 379 9 моля 17О на один моль 16О
  • 0,002 005 2 моля 18О на один моль 16О.

2018

На 26-ой генеральной конференции по мерам и весам была принята резолюция о значительном переопределении основных единиц СИ, которое, в частности включало в себя переопределение кельвина через значение постоянной Больцмана, которая равна 1,380649 × 10-23 Дж / К.