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Este artículo trata sobre la unidad de temperatura. Para otros usos, consulte Kelvin (desambiguación) .

Kelvin
Unidad de sistemaUnidad base SI
Unidad deTemperatura
SímboloK
Lleva el nombre deWilliam Thomson, primer barón Kelvin

El kelvin es la unidad base de temperatura en el Sistema Internacional de Unidades (SI), y tiene el símbolo de unidad K. Lleva el nombre del ingeniero y físico de la Universidad de Glasgow nacido en Belfast William Thomson, primer barón Kelvin (1824-1907).

El kelvin ahora se define fijando el valor numérico de la constante de Boltzmann k en 1.380 649 × 10 −23 J⋅K −1 . Por lo tanto, un kelvin es igual a un cambio en la temperatura termodinámica T que resulta en un cambio de energía térmica kT en 1.380 649 × 10 −23 J. [1]

La escala Kelvin cumple los requisitos de Thomson como escala de temperatura termodinámica absoluta . Utiliza el cero absoluto como su punto nulo (es decir, baja entropía ). La relación entre las escalas kelvin y celsius es T K = t ° C + 273.15. En la escala de Kelvin, el agua pura se congela a 273,15 K y hierve a 373,15 K.

A diferencia del grado Fahrenheit y el grado Celsius , el kelvin no se conoce ni se escribe como grado . El kelvin es la unidad principal de medición de temperatura en las ciencias físicas, pero a menudo se usa junto con el grado Celsius, que tiene la misma magnitud.

Historia [ editar ]

Ver también: Temperatura termodinámica § Historia
Lord Kelvin , el homónimo de la unidad

En 1848, William Thomson, quien más tarde fue ennoblecido como Lord Kelvin , escribió en su artículo On an Absolute Thermometric Scale sobre la necesidad de una escala en la que el "frío infinito" (cero absoluto) fuera el punto nulo de la escala, y que utilizara el grado Celsius. por su incremento unitario. Kelvin calculó que el cero absoluto era equivalente a -273 ° C en los termómetros de aire de la época. [2] Esta escala absoluta se conoce hoy como escala de temperatura termodinámica Kelvin. El valor de Kelvin de "-273" fue el recíproco negativo de 0.00366, el coeficiente de expansión aceptado del gas por grado Celsius en relación con el punto de hielo, lo que le da una consistencia notable al valor actualmente aceptado.

En 1954, la Resolución 3 de la X Conferencia General de Pesos y Medidas (CGPM) dio a la escala Kelvin su definición moderna al designar el punto triple del agua como su segundo punto definitorio y asignó su temperatura a exactamente 273,16 kelvin. [3]

En 1967/1968, la Resolución 3 de la 13ª CGPM renombró el incremento unitario de temperatura termodinámica "kelvin", símbolo K, reemplazando "grados Kelvin", símbolo ° K. [4] Además, considerándolo útil definir más explícitamente la magnitud del incremento de la unidad, la decimotercera CGPM también sostuvo en la Resolución 4 que "El kelvin, unidad de temperatura termodinámica, es igual a la fracción1/273.16de la temperatura termodinámica del punto triple del agua ". [5]

En 2005, el Comité International des Poids et Mesures (CIPM), un comité de la CGPM, afirmó que a los efectos de delimitar la temperatura del punto triple del agua, la definición de la escala de temperatura termodinámica Kelvin se referiría a que el agua tenga un composición isotópica especificada como agua oceánica media estándar de Viena . [6]

El 16 de noviembre de 2018, se adoptó una nueva definición , en términos de un valor fijo de la constante de Boltzmann . Con este cambio, el punto triple del agua se convirtió en un valor determinado empíricamente de aproximadamente 273,16 kelvin. A efectos de metrología legal , la nueva definición entró en vigor oficialmente el 20 de mayo de 2019, el 144 aniversario de la Convención del Metro . [7]

Convenciones de uso [ editar ]

Según la Oficina Internacional de Pesas y Medidas , cuando se deletrea o se habla, la unidad se pluraliza utilizando las mismas reglas gramaticales que para otras unidades del SI , como el voltio o el ohmio (por ejemplo, "... el punto triple del agua es exactamente 273.16 kelvins " [8] ). Cuando se hace referencia a la " escala Kelvin ", la palabra "kelvin", que normalmente es un sustantivo, funciona adjetivamente para modificar el sustantivo "escala" y se escribe con mayúscula. Como con la mayoría de los otros símbolos de unidad SI (los símbolos de ángulo, por ejemplo, 45 ° 3 ′ 4 ″, son la excepción), hay un espacio entre el valor numérico y el símbolo kelvin (por ejemplo, "99,987 K").[9] [10] (La guía de estilo paraEl CERN , sin embargo, dice específicamente que se use siempre "kelvin", incluso cuando esté en plural). [11]

Antes de la 13ª CGPM en 1967-1968, la unidad kelvin se llamaba "grado", al igual que con las otras escalas de temperatura en ese momento. Se distinguió de las otras escalas con el sufijo adjetivo "Kelvin" ("grado Kelvin") o con "absoluto" ("grado absoluto") y su símbolo era ° K. El último término (grado absoluto), que fue el nombre oficial de la unidad desde 1948 hasta 1954, era ambiguo ya que también podría interpretarse como una referencia a la escala de Rankine . Antes de la 13ª CGPM, la forma plural era "grados absolutos". La 13ª CGPM cambió el nombre de la unidad a simplemente "kelvin" (símbolo: K). [12]La omisión de "grado" indica que no es relativo a un punto de referencia arbitrario como las escalas Celsius y Fahrenheit (aunque la escala Rankine continuó usando "grado Rankine"), sino más bien una unidad de medida absoluta que se puede manipular algebraicamente ( por ejemplo, multiplicado por dos para indicar el doble de la cantidad de "energía media" disponible entre los grados elementales de libertad del sistema). [ cita requerida ]

Redefinición de 2019 [ editar ]

Artículos principales: redefinición 2019 de las unidades base SI y CODATA 2018

En 2005, el CIPM se embarcó en un programa para redefinir el kelvin (junto con las otras unidades del SI) utilizando una metodología experimentalmente más rigurosa. En particular, el comité propuso redefinir el kelvin de modo que la constante de Boltzmann tome el valor exacto1,380 6,505 × 10 -23  J / K . [13] El comité había esperado que el programa se completara a tiempo para su adopción por la CGPM en su reunión de 2011, pero en la reunión de 2011 la decisión se pospuso para la reunión de 2014 cuando se consideraría como parte de un programa más amplio. . [14]

La redefinición se pospuso aún más en 2014, en espera de mediciones más precisas de la constante de Boltzmann en términos de la definición actual, [15] pero finalmente se adoptó en la 26a CGPM a fines de 2018, con un valor de k  = 1.380 649 × 10 -23  J / K . [13] [16]

Desde un punto de vista científico, la principal ventaja es que permitirá realizar mediciones a muy bajas y muy altas temperaturas con mayor precisión, ya que las técnicas empleadas dependen de la constante de Boltzmann. También tiene la ventaja filosófica de ser independiente de cualquier sustancia en particular. La unidad J / K es igual a kg⋅m 2 ⋅s −2 ⋅K −1 , donde el kilogramo , metro y segundo se definen en términos de la constante de Planck , la velocidad de la luz y la duración del cesio-133. transición hiperfina del estado fundamental respectivamente. [17]Por lo tanto, esta definición depende solo de las constantes universales , y no de ningún artefacto físico como se practicó anteriormente, como el Prototipo Internacional del Kilogramo , cuya masa divergió con el tiempo del valor original. El desafío consistía en evitar degradar la precisión de las mediciones cercanas al punto triple. Desde un punto de vista práctico, la redefinición pasará desapercibida; el agua todavía se congelará a 273,15 K (0 ° C), [18] y el punto triple del agua seguirá siendo una temperatura de referencia de laboratorio comúnmente utilizada.

La diferencia es que, antes de la redefinición, el punto triple del agua era exacto y la constante de Boltzmann tenía un valor medido de 1.380 649 03 (51) × 10 −23  J / K , con una incertidumbre estándar relativa de3,7 × 10 −7 . [16] Posteriormente, la constante de Boltzmann es exacta y la incertidumbre se transfiere al punto triple del agua, que ahora es273.1600 (1) K .

Usos prácticos [ editar ]

Fórmulas de conversión de temperatura Kelvin
de Kelvinsa Kelvin
Celsius[° C] = [K] - 273,15[K] = [° C] + 273,15
Fahrenheit[° F] = [K] ×  9 ⁄ 5  - 459,67[K] = ([° F] + 459,67) ×  5 ⁄ 9
Rankine[° R] = [K] ×  9 ⁄ 5[K] = [° R] ×  5 ⁄ 9
Para intervalos de temperatura en lugar de temperaturas específicas,
1 K = 1 ° C = 9 ⁄ 5  ° F = 9 ⁄ 5  ° R Comparaciones entre varias escalas de temperatura

Temperatura de color [ editar ]

Ver también: constante de Stefan-Boltzmann

El kelvin se usa a menudo como una medida de la temperatura de color de las fuentes de luz. La temperatura de color se basa en el principio de que un radiador de cuerpo negro emite luz con una distribución de frecuencia característica de su temperatura. Cuerpos negros a temperaturas inferiores a aproximadamente4000 K aparecen rojizos, mientras que los de arriba alrededor7500 K aparecen azulados. La temperatura de color es importante en los campos de la proyección de imágenes y la fotografía , donde una temperatura de color de aproximadamenteSe requieren 5600 K para igualar las emulsiones de película "a la luz del día". En astronomía , la clasificación estelar de las estrellas y su lugar en el diagrama de Hertzsprung-Russell se basan, en parte, en su temperatura superficial, conocida como temperatura efectiva . La fotosfera del Sol , por ejemplo, tiene una temperatura efectiva de5778 K .

Las cámaras digitales y el software fotográfico a menudo utilizan la temperatura de color en K en los menús de edición y configuración. La guía simple es que una temperatura de color más alta produce una imagen con tonos blancos y azules mejorados. La reducción de la temperatura del color produce una imagen más dominada por colores rojizos y "más cálidos" .

Kelvin como unidad de temperatura de ruido [ editar ]

Artículo principal: figura de ruido

En electrónica, el kelvin se utiliza como un indicador de qué tan ruidoso es un circuito en relación con un piso de ruido final , es decir, la temperatura del ruido . El llamado ruido de Johnson-Nyquist de resistencias y condensadores discretos es un tipo de ruido térmico derivado de la constante de Boltzmann y se puede utilizar para determinar la temperatura de ruido de un circuito utilizando las fórmulas de Friis para el ruido .

Carácter Unicode [ editar ]

El símbolo está codificado en Unicode en el punto de código U + 212A K KELVIN SIGN . Sin embargo, este es un carácter de compatibilidad proporcionado para compatibilidad con codificaciones heredadas. El estándar Unicode recomienda usar U + 004B K LETRA K MAYÚSCULA LATINA en su lugar; es decir, una K mayúscula normal . "Se les ha dado equivalencia canónica a tres símbolos similares a letras regulares: U + 2126 Ω SIGNO OHM , U + 212A K KELVIN SIGN y U + 212B Å ANGSTROM SIGN . En los tres casos, se debe usar la letra regular". [19]

Ver también [ editar ]

  • Comparación de escalas de temperatura
  • Escala internacional de temperatura de 1990
  • Temperatura negativa

Referencias [ editar ]

  1. ^ "Mise en pratique" (PDF) . BIPM .
  2. ^ Lord Kelvin, William (octubre de 1848). "En una escala termométrica absoluta" . Revista filosófica . Archivado desde el original el 1 de febrero de 2008 . Consultado el 6 de febrero de 2008 .
  3. ^ "Resolución 3: Definición de la escala de temperatura termodinámica" . Resoluciones de la X CGPM . Bureau International des Poids et Mesures. 1954. Archivado desde el original el 23 de junio de 2007 . Consultado el 6 de febrero de 2008 .
  4. ^ "Resolución 3: unidad SI de temperatura termodinámica (kelvin)" . Resoluciones de la XIII CGPM . Bureau International des Poids et Mesures. 1967. Archivado desde el original el 21 de abril de 2007 . Consultado el 6 de febrero de 2008 .
  5. ^ "Resolución 4: Definición de la unidad SI de temperatura termodinámica (kelvin)" . Resoluciones de la XIII CGPM . Bureau International des Poids et Mesures. 1967. Archivado desde el original el 15 de junio de 2007 . Consultado el 6 de febrero de 2008 .
  6. ^ "Unidad de temperatura termodinámica (kelvin)" . Folleto SI, octava edición . Bureau International des Poids et Mesures. 1967. págs. Sección 2.1.1.5. Archivado desde el original el 26 de septiembre de 2007 . Consultado el 6 de febrero de 2008 .
  7. ^ Proyecto de Resolución A "Sobre la revisión del Sistema Internacional de Unidades (SI)" para ser presentado a la CGPM en su 26a reunión (2018) (PDF)
  8. ^ "Reglas y convenciones de estilo para expresar valores de cantidades" . Folleto SI, octava edición . Bureau International des Poids et Mesures. 1967. págs. Sección 2.1.1.5. Archivado desde el original el 16 de julio de 2012 . Consultado el 27 de agosto de 2012 .
  9. ^ "Normas de la unidad SI y convenciones de estilo" . Instituto Nacional de Estándares y Tecnología. Septiembre de 2004. Archivado desde el original el 5 de febrero de 2008 . Consultado el 6 de febrero de 2008 .
  10. ^ "Reglas y convenciones de estilo para expresar valores de cantidades" . Folleto SI, octava edición . Bureau International des Poids et Mesures. 1967. págs. Sección 5.3.3. Archivado desde el original el 23 de septiembre de 2015 . Consultado el 13 de diciembre de 2015 .
  11. ^ "Kelvin | Directrices de escritura del CERN" . writing-guidelines.web.cern.ch . Archivado desde el original el 17 de abril de 2020 . Consultado el 19 de septiembre de 2019 .
  12. ^ Barry N. Taylor (2008). "Guía para el uso del Sistema Internacional de Unidades (SI)" (.PDF) . Publicación especial 811. Instituto Nacional de Estándares y Tecnología. Archivado (PDF) desde el original el 3 de junio de 2016 . Consultado el 5 de marzo de 2011 . Cite journal requiere |journal=( ayuda )
  13. ↑ a b Ian Mills (29 de septiembre de 2010). "Borrador del Capítulo 2 del Folleto SI, tras redefiniciones de las unidades base" (PDF) . CCU. Archivado (PDF) desde el original el 10 de enero de 2011 . Consultado el 1 de enero de 2011 .
  14. ^ "La Conferencia General de Pesos y Medidas aprueba posibles cambios en el Sistema Internacional de Unidades, incluida la redefinición del kilogramo" (PDF) (Comunicado de prensa). Sèvres, Francia: Conferencia General de Pesas y Medidas . 23 de octubre de 2011. Archivado (PDF) desde el original el 9 de febrero de 2012 . Consultado el 25 de octubre de 2011 .
  15. ^ Wood, B. (3 a 4 de noviembre de 2014). "Informe de la Reunión del Grupo de Trabajo CODATA sobre Constantes Fundamentales" (PDF) . BIPM . pag. 7. Archivado (PDF) del original el 13 de octubre de 2015. [El director del BIPM, Martin] Milton respondió a una pregunta sobre qué pasaría si ... el CIPM o la CGPM votaran para no avanzar con la redefinición de la IS. Respondió que sentía que para ese momento la decisión de seguir adelante debería verse como una conclusión inevitable.
  16. ^ a b Newell, DB; Cabiati, F; Fischer, J; Fujii, K; Karshenboim, SG; Margolis, HS; de Mirandés, E; Mohr, PJ; Nez, F; Pachucki, K; Quinn, TJ; Taylor, BN; Wang, M; Madera, BM; Zhang, Z; et al. (Comité de Datos para la Ciencia y la Tecnología (CODATA) Grupo de Trabajo sobre Constantes Fundamentales) (29 de enero de 2018). "Los valores CODATA 2017 de h , e , k y N A para la revisión del SI" . Metrologia . 55 (1): L13 – L16. Código Bibcode : 2018Metro..55L..13N . doi : 10.1088 / 1681-7575 / aa950a .
  17. ^ "BIPM - Folleto de SI" . bipm.org . Consultado el 1 de agosto de 2019 .
  18. ^ "Actualización de la definición de kelvin" (PDF) . Oficina Internacional de Pesas y Medidas ( BIPM ). Archivado (PDF) desde el original el 23 de noviembre de 2008 . Consultado el 23 de febrero de 2010 .
  19. ^ "22,2". El estándar Unicode, versión 8.0 (PDF) . Mountain View, CA, EE.UU .: The Unicode Consortium. Agosto de 2015. ISBN  978-1-936213-10-8. Archivado (PDF) desde el original el 6 de diciembre de 2016 . Consultado el 6 de septiembre de 2015 .

Enlaces externos [ editar ]

  • Bureau International des Poids et Mesures (2006). "Folleto del Sistema Internacional de Unidades (SI)" (PDF) . 8ª Edición. Comité Internacional de Pesos y Medidas . Consultado el 6 de febrero de 2008 . Cite journal requiere |journal=( ayuda )