SI-põhiühikute tutvustus: kelvin

Kelvin

 

Temperatuuri mõõtühik, kelvin, tuleneb perekonnanimest. Selle sümbol on K, millega austatakse William Thomsoni, tuntud kui lord Kelvini, suurepäraseid saavutusi temperatuuri mõõtevaldkonna arendamisel. Täpsed temperatuuri mõõtmised on olulised paljudel aladel alates keemiliste protsesside ohjest ja toiduainete töötlemisest kuni kliimamuutuste hindamiseni. Peaaegu kõik tootmisprotsessid sõltuvad temperatuurist, mõned neist isegi kriitilisel määral, näiteks metallivalu. Samas on äärmuslikult kõrget või madalat temperatuuri väga keeruline täpselt määrata.

Temperatuuri mõõtmistel on pikk ajalugu. Taas tuleb vaadata paari aastatuhande taha vanade kreeklaste aega, mil Filos Bütsantsist tuli välja millegagi, mida võib pidada termomeetriks. Tema riistapuu koosnes osalt õhu ja osalt veega täidetud kerast, mis oli toru kaudu ühendatud lahtise veekannuga. Idee seisnes selles, et kera sees oleva õhu paisumisel soojenedes lükatakse vesi torust välja ja kokku tõmbumisel jahtudes tõmmatakse vesi torusse, mispeale veetase kannus muutub.


Palju hiljem täheldati, et õhu ruumala muutus kolmandiku võrra kui kera jahutati vee keemistemperatuurilt külmumistemperatuurini. Inimesed hakkasid spekuleerima selle üle, mis võiks juhtuda, kui jahutamist jätkata.

William Thomson, esimene parun Kelvin

1824-1907

Kelvini definitsioon:

Kelvin, tähis K, on SI temperatuuri ühik. Kelvin on määratud Boltzmanni konstandi k fikseerimisega arv-väärtusel 1,380649×10   väljenda-tuna ühiku J⋅K   abil, mis on võrdne kg⋅m ⋅s ⋅K , kus kilogramm on määratletud h, meeter c ja sekund Δv     alusel.

-23

-1

-1

-2

2

Cs

19. sajandi keskpaigus hakkas Briti füüsik William Thomson (hiljem lord Kelvin) samuti “lõpmata külma” vastu huvi tundma. 1848. aastal avaldas W. Thomson artikli “Absoluutsest temperatuuriskaalast” (On an Absolute Thermometric Scale), milles ta hindas, et temperatuuri absoluutne null on ligikaudu -273 °C. 

Sellal, kui lord Kelvin viis läbi oma uuringuid, ei olnud veel laialdaselt aktsepteeritud idee, et aine koosneb pidevas liikumises olevatest molekulidest. Tänapäeval me teame, et temperatuur on nende osakeste keskmise kineetilise energia määr ja absoluutne null – 0 K – vastab madalaimale võimalikule temperatuurile ehk siis tasemele, millel molekulide soojusliikumine lakkab.

Rahvusvahelise mõõtühikute süsteemi SI algusaastail otsustati 1960. aastatel lugeda vee kolmikpunkti temperatuuriks täpselt 273,16 K. Sellel temperatuuril saavad vee kolm olekut – vedel, jää ja veeaur – õhu puudumisel tasakaalus olla. Taoline temperatuuriväärtus valiti, sest see oli mugavalt ja väga täpselt taasesitatav nn vee kolmikpunkti raku abil.

 

Uue definitsiooni järgi ei ole Kelvin enam seotud “meelevaldselt” valitud temperatuuriga. Kelvini seostamisel Boltzmanni konstandiga k, mille väljendamisel kasutatakse energiaühikut J, mis omakorda on väljendatav teiste SI-põhiühikute kaudu, saab temperatuuri mõõta füüsikalise põhimõtte – molekulide kineetilise energia – järgi. Temperatuuri teine mõõtühik, kraadi Celsiust, jääb kelviniga seotuks samal viisil nagu varem.

Kas teadsid …

et kelviniga on seotud ka teine temperatuuri

mõõtühik – kraadi Celsiust (°C). Selline SI jaoks tavatu mõõtühikute defineerimine on seotud praktilise vajadusega lihtsustada kümnendsüsteemi kasutamist temperatuuriväärtuste esitamisel. Argielus kasutame peaaegu igal pool ühikut kraadi Celsiust, mis põhineb skaalal, mille alumine punkt on vee külmumistemperatuur (umbes 0 °C) ja kõrgeim punkt vee keemistemperatuur (umbes
100 °C) ja see skaala piirkond on jagatud sajaks võrdseks osaks.

©2020 by Metrosert AS