Градусы Кельвина часто упоминаются в научно-популярных статьях при описании каких-либо измерений. Но что именно измеряется в этой шкале? Давайте разберемся.
История создания шкалы Кельвина
Шкала Кельвина была предложена в 1848 году английским физиком Уильямом Томсоном, в честь которого она и получила свое название. Впоследствии Уильям Томсон стал лордом Кельвином, а река, протекающая через территорию университета Глазго, где он работал, также называется Кельвин.
Идея Томсона заключалась в создании абсолютной температурной шкалы, где нулевая отметка соответствует абсолютному нулю - температуре, при которой прекращается тепловое движение частиц. До этого ученые пользовались шкалой Цельсия, которая не имела абсолютной нулевой точки.
В своей работе «Об абсолютной термометрической шкале» Томсон пишет о необходимости шкалы, нулевая точка которой будет соответствовать предельной степени холода (абсолютному нулю), а ценой деления будет градус Цельсия.
Чтобы определить величину 1 градуса Кельвина, Томсон взял уже известную на то время величину - температуру тройной точки воды. Это такое состояние воды, когда она одновременно находится в твердом, жидком и газообразном состоянии. Именно 1/273,16 часть этой температуры и была выбрана как 1 градус Кельвина.
Со временем определение кельвина претерпевало некоторые уточнения, но основа оставалась прежней. С 2019 года кельвин стал определяться через значение постоянной Больцмана, что позволило связать эту шкалу с основными единицами СИ.
Цветовая температура и ее связь с градусами Кельвина
Помимо температуры в градусах Кельвина также измеряется цветовая температура источника света. Она показывает, какого цвета будет светить абсолютно черное тело , нагретое до этой температуры. Чем выше температура, тем более холодный, синеватый оттенок будет иметь свет. И наоборот, низкие температуры соответствуют теплым, желтовато-красным тонам.
Цветовая температура источника света влияет на то, каким мы видим цвет окружающих предметов. Поэтому она должна учитываться как при освещении помещений, так и при фото- или видеосъемке.
В качестве примеров можно привести следующие значения цветовой температуры:
- Лампа накаливания - 2700 К
- Фотовспышка - 5500 К
- Полуденное солнце - 5600 К
- Белый светодиод - 4000-5000 К
- Голубой светодиод - 7000 К и выше
Как видно из примеров, для имитации естественного дневного освещения лучше выбирать источники света с цветовой температурой 5000 К и выше.
Перейдем к следующему вопросу: где еще можно встретиться с применением градусов Кельвина?
Где еще применяется шкала Кельвина
Кроме измерения цветовой температуры, градусы Кельвина используются во многих областях науки и техники. Рассмотрим некоторые примеры.
Измерение температуры
В физике и других точных науках принято пользоваться шкалой Кельвина для измерения и указания температуры. Это связано с тем, что градусы Кельвина являются единицей абсолютной термодинамической температуры и лучше подходят для расчетов и формул.
Астрофизика и космология
Что измеряется в Кельвинах? При изучении светимости и спектрального состава излучения различных космических объектов, таких как звезды, планеты, туманности - их цветовая температура. Это позволяет получить данные об их физических характеристиках и происходящих в них процессах.
Промышленные технологии
Во многих отраслях промышленности требуется точный контроль и регулирование температур различных технологических процессов и оборудования. Для этого используют шкалу Кельвина, так как она обеспечивает высокую степень измерения абсолютной температуры.
Строительные нормы и стандарты
В строительных нормах и правилах регламентируются параметры освещения помещений, в том числе цветовая температура источников света. Она может задаваться в Кельвинах в зависимости от функционального назначения зданий и помещений.
Применение в научных расчетах и формулах
В различных областях науки широко используются формулы, требующие знание абсолютной температуры в Кельвинах. Например, уравнение состояния идеального газа, законы термодинамики, кинетическая теория газов и другие. Поэтому что измеряется для корректного моделирования многих физических процессов.
Применение в химии и материаловедении
В химии и материаловедении температура часто является важным параметром, влияющим на скорость реакций, агрегатные состояния веществ, фазовые переходы и свойства материалов. Поэтому в экспериментах и технологических процессах температура задается и контролируется в Кельвинах для точности измерений.
Метрология
При поверке и калибровке различных технических термометров используется эталонная шкала температуры в Кельвинах. Это необходимо для обеспечения единства и точности измерений температуры с помощью разных приборов.
Криогенные технологии
В области получения и применения сверхнизких температур (криогеника) используется шкала Кельвина, так как она позволяет точно описывать температуры вплоть до абсолютного нуля. Криогенные технологии широко используются в промышленности, научных исследованиях, медицине и других областях.
Физика высоких температур
В физике высоких температур, занимающейся изучением свойств веществ при экстремально высоких температурах (тысячи и десятки тысяч Кельвинов), также необходимо точное измерение температуры, для чего используется шкала Кельвина. Эта область важна для создания термоядерной энергетики.
