켈빈
Kelvin켈빈의 | |
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![]() | |
일반정보 | |
단위계 | SI |
단위 | 온도 |
기호. | K |
이름을 따서 지음 | 제1대 켈빈 남작 윌리엄 톰슨 |
전환 | |
x K in... | ... ...에 해당합니다. |
섭씨 | (x − 273.15) °C |
화씨 | (1.8 x − 459.67) °F |
랭킨 | 1.8 x °Ra |
켈빈(Kelvin)은 온도를 측정하는 단위입니다.[1]켈빈 척도는 0 K가 절대 0이 되도록 정의된 절대 척도이며 열역학적 온도 T의 1 켈빈 변화는 열에너지 kT의 1.380649 x 10−23 J의 변화에 해당합니다.볼츠만 상수 k = 1.380649×10 J ⋅K는 물의 삼중점이 273.16±0.0001K가 되도록 2019년 SI 기본 단위의 재정의에서 정확하게 정의되었습니다.켈빈은 국제 단위계(SI)에서 온도의 기본 단위이며 접두사 형태와 함께 사용됩니다.[2][3][4]벨파스트 태생으로 글래스고 대학교 출신의 공학자이자 물리학자인 윌리엄 톰슨(William Thomson)의 이름을 따서 명명되었습니다.[5]
역사적으로 켈빈 척도는 섭씨 스케일로부터 발전되었는데, 273.15K는 0°C(얼음의 대략적인 녹는점)이고, 1 켈빈의 변화는 정확히 섭씨 1도의 변화와 같습니다.[1][5]이 관계는 정확하게 유지되지만, 섭씨, 화씨, 랭킨 척도는 켈빈 척도로 정의됩니다.[2][6][7]켈빈은 공학과 물리학의 주요 온도 단위이며, 대부분의 국가에서는 섭씨 스케일이 이 분야 밖에서 우세한 스케일로 남아있습니다.[5]미국에서는 물리학 이외의 분야에서 화씨 척도가 우세하며 절대 온도의 경우 켈빈 또는 랭킨 척도를 사용합니다.[6]
역사
전구물질
18세기 동안, 다양한 온도 척도들이 개발되었는데,[8] 특히 화씨와 섭씨(후에 섭씨)입니다.이러한 척도들은 원자론과 절대영도의 개념을 뒷받침하는 기체의 운동 이론을 포함한 열역학의 현대 과학의 많은 부분을 앞섰습니다.대신, 그들은 쉽고 합리적인 정확성으로 재현할 수 있는 인간의 경험 범위 내에서 정의적인 점을 선택했지만, 열 물리학에서는 깊은 의미가 없었습니다.섭씨 스케일(그리고 사라진 지 오래된 뉴턴 스케일과 레아우무르 스케일)의 경우, 물의 녹는점은 1740년대부터 1940년대까지 온도계를 다음과 같이 교정함으로써 정의되는 그러한 출발점의 역할을 했습니다.
이 정의는 해수면의 자연 기압을 근사화하기 위해 선택된 특정 압력에서 순수한 물을 가정합니다.따라서 1°C의 증분은 다음과 같습니다.녹는점과 끓는점 사이의 온도차의 100분의 1.이 온도 간격은 켈빈의 주형이 될 것입니다.[citation needed]
찰스의 법칙
1787년부터 1802년까지 Jacques Charles (미출판), John Dalton,[9][10] Joseph Louis Gay-Lussac에[11] 의해 일정한 압력에서 이상기체는 섭씨 0도에서 100도 사이에서 섭씨 1도당 약 1/273만큼 부피가 선형적으로 팽창하거나 수축한다는 것이 밝혀졌습니다.이는 약 -273°C에서 냉각된 기체의 부피가 0에 도달할 것이라는 것을 의미합니다.
켈빈 경
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/a3/Baron_Kelvin_1906.jpg/170px-Baron_Kelvin_1906.jpg)
1848년, 후에 켈빈 경(Lord Kelvin)으로 추앙된 윌리엄 톰슨(William Thomson)은 절대 온도 척도에 관한 논문을 발표했습니다.[12][13][14]그는 곧 사라질 열량 이론을 사용하여 다음과 같은 매개변수를 바탕으로 "절대" 척도를 제안했습니다.
- 물의 녹는점은 0도 입니다.
- 물의 끓는점은 100도 입니다.
"두 눈금에서 일치하는 임의의 점은 0°와 100°입니다."
"제가 지금 제안하는 척도의 특징적인 특성은 모든 도가 동일한 값을 갖는다는 것입니다. 즉, 이 척도의 온도 T°에서 물체 A에서 온도 (T - 1)°,에서 물체 B로 내려오는 열의 단위는 숫자 T가 무엇이든 동일한 기계적 효과를 낼 것입니다.이것의 특성은 어떤 특정 물질의 물리적 특성과도 상당히 독립적이기 때문에 이것을 절대 규모라고 부를 수도 있습니다."
현대 열역학에서 카르노의 정리는 열에너지를 기계적 에너지로 변환할 수 있는 최대 효율과 예측된 최대 효율은 열원과 히트 싱크의 절대 온도 사이의 비율의 함수입니다.
- 효율 ≤ 1 - 히트싱크 절대온도/ 열원 절대온도
이 척도에서 동일한 수의 도 증가는 항상 절대 온도의 동일한 비례 증가를 나타내야 합니다.1848 스케일에서 절대온도 T의 수치는 물의 녹는점 T의mpw 절대온도와 물의 끓는점 T의bpw 절대온도와 다음과 같은 관계가 있습니다.
- T(1848저울) = 100 (lnT/T) / (lnT/T)
이 스케일에서 222도가 증가한다는 것은 시작 온도에 관계없이 항상 절대 온도가 약 두 배 증가한다는 것을 의미합니다.
각주에서 톰슨은 당시의 공기 온도계를 사용하여 "무한한 추위"(이 척도에서 음수 값을 가지는 절대 0)가 -273 °C에 해당한다고 계산했습니다.이 값 "-273"은 0.00366의 음의 역수로, 빙점에 대한 섭씨 1도당 이상 기체의 열팽창 계수가 허용되어 현재 허용된 값에 현저한 일치를 보였습니다.[citation needed]
10년 만에 톰슨은 칼로리 이론을 버리고 켈빈 척도의 미래 버전을 특징짓는 두 가지 특징을 바탕으로 1848년 척도를 새로운 것으로[13][15] 대체했습니다.
- 절대 0은 귀무점입니다.
- 증분은 섭씨 스케일에서와 동일한 크기를 갖습니다.
1892년, 톰슨은 제1대 켈빈 남작(Lord Kelvin of Largs), 즉 켈빈 경(Lord Kelvin)이라는 고귀한 칭호를 받았습니다.이 이름은 글래스고 대학의 운동장을 흐르는 켈빈 강을 가리켰습니다.
20세기 초 수십 년 동안 켈빈 척도는 종종 "절대 섭씨" 척도로 불렸는데, 물의 어는 점이 아니라 절대 0도에서 셀 수 있는 섭씨도를 가리키며, 섭씨로 일정한 온도를 나타내는 기호를 사용했습니다.[a]
삼중점기준
1873년 윌리엄 톰슨의 형 제임스는 물질의 고체, 액체, 기체가 열역학적 평형에서 공존할 수 있는 온도와 압력의 조합을 설명하기 위해 삼중점이라는[16] 용어를 만들었습니다.임의의 두 상이 다양한 온도-압력 조합을 따라 공존할 수 있지만(예: 물의 끓는점은 압력을 높이거나 낮춤으로써 상당히 큰 영향을 받을 수 있음), 주어진 물질에 대한 삼중점 조건은 단일 압력에서만 발생할 수 있고 단일 온도에서만 발생할 수 있습니다.1940년대까지, 물의 삼중점은 실험적으로 표준 대기압의 약 0.6%이고 섭씨의 역사적 정의에 따라 0.01°C에 매우 가까운 것으로 측정되었습니다.
1948년, 섭씨 스케일은 물의 삼중점 온도를 0.01[17]°C의 값으로 정확히 할당하고 표준 대기압에서 녹는점이 경험적으로 결정된 값(그리고 주변 압력에서 실제 녹는점은 요동하는 값)을 0°C에 가깝게 갖도록 하여 재보정되었습니다.이는 삼중점이 녹는점보다 더 정확하게 재현 가능한 기준 온도를 제공하는 것으로 판단된다는 근거로 정당화되었습니다.[18]삼중점은 ±0.0001°C의 정확도로 측정할 수 있는 반면, 녹는점은 ±0.001°C에 불과합니다.[17]
1954년, 절대영도는 °C의 정의에 따라 -273.15°C로 실험적으로 결정되어 사용되었으며, 제10차 세계도량형회의(CGPM)의 결의안 3은 국제적으로 표준화된 켈빈 척도를 도입하여 삼중점을 정확히 273.15 + 0.01 = 273.16도로 정의했습니다.
1967년/1968년 제13차 CGPM의 결의안 3은 열역학적 온도의 단위 증분을 "켈빈"(Kelvin), 기호 K를 "도 켈빈"(°K)으로 대체하여 이름을 바꾸었습니다.[21][22][23]제13차 CGPM은 또한 "열역학적 온도의 단위인 켈빈은 물의 삼중점의 열역학적 온도의 분수 1/273.16과 같다"[4][24][25]고 결의 4에서 밝혔습니다.
1983년 미터가 재정의된 후, 켈빈, 두 번째, 킬로그램이 다른 단위와 관련되지 않은 유일한 SI 단위로 남게 되었습니다.
2005년에, 삼중점은 물 샘플을 구성하는 수소와 산소의 동위원소 비율에 의해 영향을 받을 수 있고, 이것이 "물 삼중점의 다른 실현 사이에서 관측된 변동성의 주요 원천 중 하나"라고 언급하면서, CGP의 위원회인 국제도량형위원회(CIPM).M은 물의 삼중점의 온도를 묘사하기 위해 켈빈의 정의는 비엔나 표준 평균 해양수에 대해 지정된 동위원소 구성을 가진 물을 의미한다고 확언했습니다.[4][26][27]
2019년 재정의
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/ab/Unit_relations_in_the_new_SI.svg/330px-Unit_relations_in_the_new_SI.svg.png)
2005년 CIPM은 더 실험적으로 엄격한 방법을 사용하여 켈빈(다른 SI 단위와 함께)을 재정의하는 프로그램을 시작했습니다.특히 위원회는 볼츠만 상수가 1.3806505×10 J/K의−23 정확한 값을 갖도록 켈빈을 재정의할 것을 제안했습니다.[28]위원회는 이 프로그램이 2011년 회의에서 CGPM에 의해 채택된 시기에 맞춰 완료되기를 희망했지만, 2011년 회의에서 이 결정은 2014년 회의로 미뤄졌습니다.[29]
현재 정의의 관점에서 볼츠만 상수의 더 정확한 측정이 있을 때까지 2014년에 재정의가 더 연기되었지만 2018년 말 제26회 CGPM에서 k = 1.380649×10 J ⋅K의 값으로 최종 채택되었습니다.
과학적인 목적을 위해 사용되는 기술은 볼츠만 상수에 따라 달라지기 때문에 매우 낮고 매우 높은 온도에서의 측정이 더 정확하게 이루어질 수 있다는 것이 주된 장점입니다.그것은 또한 어떤 특정한 물질로부터도 독립적이라는 철학적인 장점을 가지고 있습니다.단위 J/K는 kg ⋅m ⋅s ⋅K와 같으며, 여기서 킬로그램, 미터 및 초는 각각 플랑크 상수, 광속 및 세슘-133 지상 상태 초미세 전이 지속 시간으로 정의됩니다.따라서 이 정의는 범용 상수에만 의존하며 이전에 실행된 물리적 아티팩트에는 의존하지 않습니다.문제는 트리플 포인트에 가까운 측정의 정확도가 떨어지는 것을 방지하는 것이었습니다.물은 여전히 273.15K(0°C)에서 얼고 [2][33]물의 삼중점은 일반적으로 사용되는 실험실 기준 온도로 계속 유지됩니다.
차이점은 재정의 전에는 물의 삼중점이 정확했고 볼츠만 상수의 측정값은 1.38064903(51)×10−23 J/K였으며 상대적인 표준 불확실성은 3.7×10이었습니다−7.[34]이후 볼츠만 상수는 정확하고 불확도는 물의 삼중점으로 전달되며 현재는 273.1600(1) K입니다.
2019년 5월 20일, 미터 협약 144주년을 맞아 공식적으로 발효되었습니다.[32][1][2][4]
실용화
색온도
켈빈은 광원의 색온도를 측정하는 데 자주 사용됩니다.색온도는 검은색 차체 라디에이터가 온도에 따른 주파수 분포 특성을 가진 빛을 방출한다는 원리에 기초하고 있습니다.온도가 약 4000 K 이하인 검은 물체는 불그스름하게 보이는 반면, 약 7500 K 이상인 물체는 푸르스름하게 보입니다.색온도는 영상 투사 및 사진 분야에서 중요하며, 이 분야에서 "주간 조명" 필름 에멀젼과 일치하려면 약 5600K의 색온도가 필요합니다.천문학에서 별의 분류와 헤르츠스프룽-러셀 도표에서의 위치는 부분적으로 유효 온도라고 알려진 표면 온도에 근거합니다.예를 들어, 태양의 광구는 IAU 2015 결의안 B3에 의해 채택된 유효 온도가 5772 K[1][2][3][4]입니다.
디지털 카메라와 사진 소프트웨어는 편집 및 설정 메뉴에서 K의 색온도를 사용하는 경우가 많습니다.단순한 가이드는 색온도가 높을수록 흰색과 파란색 색상이 강화된 이미지를 생성한다는 것입니다.색온도의 감소는 불그스름한 "따뜻한" 색이 더 지배적인 이미지를 만들어냅니다.
소음 온도의 단위로서 켈빈
전자 장치의 경우 켈빈은 소음 온도와 같은 최종 소음 바닥과 관련하여 회로의 소음을 나타내는 지표로 사용됩니다.이산 저항기 및 커패시터의 소위 Johnson-Nyquist 노이즈는 볼츠만 상수에서 유도된 열 노이즈의 한 유형이며 노이즈에 대한 프리스 공식을 사용하여 회로의 노이즈 온도를 결정하는 데 사용할 수 있습니다.
파생 단위 및 SI 배수
켈빈에서 유래된 특별한 이름을 가진 유일한 SI 유도 단위는 섭씨입니다.다른 SI 단위와 마찬가지로 켈빈도 10의 거듭제곱을 곱하는 메트릭 접두사를 추가하여 수정할 수 있습니다.
하위 배수 | 배수 | |||||
---|---|---|---|---|---|---|
가치 | SI 기호 | 이름. | 가치 | SI 기호 | 이름. | |
10K−1 | dK | 데시켈빈 | 10K1 | da k | 데카켈빈 | |
10K−2 | cK | 센티켈빈 | 10K2 | hK | 헥토켈빈 | |
10K−3 | mK | 밀리켈빈 | 10K3 | ㅋㅋ | 킬로켈빈 | |
10K−6 | µK | 미켈빈 | 10K6 | MK | 메가켈빈 | |
10K−9 | nK | 나노켈빈 | 10K9 | GK | 기가켈빈 | |
10K−12 | pK | 피코켈빈 | 10K12 | TK | 테라켈빈 | |
10K−15 | fK | 펨토켈빈 | 10K15 | PK | 페타켈빈 | |
10K−18 | 일케이 | 반란을 일으키다 | 10K18 | EK | 익살스러운 | |
10K−21 | zK | 젭토켈빈 | 10K21 | ZK | 제타켈빈 | |
10K−24 | yK | 요토켈빈 | 10K24 | YK | 요타켈빈 | |
10K−27 | rK | 론토켈빈 | 10K27 | RK | 론나켈빈 | |
10K−30 | qK | quectokelvin | 10K30 | QK | 케타켈빈 |
맞춤법
SI 규약에 따르면 켈빈은 결코 도(degree)로 언급되거나 쓰이지 않습니다."켈빈"이라는 단어는 단위로 사용될 때 대문자로 사용되지 않습니다.이는 적합한 것으로 복수화되어 있습니다(예를 들어, "외부는 283 켈빈이며", "화씨 50도" 또는 "섭씨 10도"와 대조됩니다).[35][36][37]단위 기호 K는 대문자입니다.[21]켈빈[5] 경 또는 켈빈 척도를 언급할 때는 켈빈을 대문자로 쓰는 것이 일반적인 관례입니다.[38]
단위 기호 K는 코드 포인트 U+212A KELVIN SIGN에서 유니코드로 인코딩됩니다.그러나 이는 레거시 인코딩과의 호환성을 위해 제공되는 호환성 문자입니다.유니코드 표준은 대신 U+004B 라틴 대문자 K, 즉 정규 대문자 K를 사용할 것을 권장합니다. "세 개의 문자 같은 기호가 일반 문자와 표준적으로 동등하게 주어졌습니다.U+2126 ω 옴 사인, U+212A 켈빈 사인, 그리고 U+212B 옹스트롬 사인.세 가지 경우 모두 일반 편지를 사용해야 합니다."[39]
참고 항목
메모들
- ^ 예를 들어, 1920년대와 1950년대의 브리태니커 백과사전 판본들은 "Planets"라는 기사를 예로 들 수 있습니다.
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Dunkelleuchtdichte. […] Unter Zugrundelegung dieser Empfindlichkeitskurve hat man 1940 in Deutschland die Dunkelleuchtdichte mit der Einheit Skot (sk) so festgesetzt, daß bei einem Licht der Farbtemperatur 2360 °K 1 sk = 10−3 asb gilt. 1948 ist von der Internationalen Beleuchtungskommission (IBK) die Bezugstemperatur auf 2046 °K, die Erstarrungstemperatur des Platins, festgesetzt worden. Die Bezeichnung Skot wurde von der IBK nicht übernommen, dafür soll "skotopisches Stilb" gesagt werden. Als höchstzulässiger Grenzwert für die Dunkelleuchtdichte ist in Deutschland 10 Skot festgesetzt worden, um eine Verwendung der Dunkelleuchtdichte im Gebiet des gemischten Zapfen- und Stäbchensehens zu vermeiden, da in diesem Bereich die photometrischen Maßgrößen wegen der allmählich gleitenden Augenempfindlichkeitskurve ihren Sinn verlieren. […] Skot, abgek[ürzt] sk, Einheit für die Dunkelleuchtdichte, welche für zahlenmäßige Angaben und zum Anschluß der Dunkelleuchtdichte an die normale Leuchtdichte 1940 von der Deutschen Lichttechnischen Gesellschaft geschaffen wurde. Für diesen Anschluß wurde die Strahlung des schwarzen Körpers bei T = 2360 °K, d.h. eine Strahlung der Farbtemperatur T1 = 2360 °K vereinbart. Eine Lichtquelle strahlt mit der Dunkelleuchtdichte 1 sk, wenn sie photometrisch gleich einer Strahlung der Farbtemperatur T2 = 2360 °K und der Leuchtdichte von 10−3 asb (Apostilb) ist. Bei der Farbtemperatur T1 = 2360 °K gilt also die Relation: 1 sk = 10−3 asb = 10−7/π sb.
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서지학
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외부 링크
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