Kelvin – osnovna enota mednarodnega sistema merskih enot SI za termodinamično temperaturo
26. 05. 2025
Zakaj ni osnovna enota kar stopinja Celzija?
Stopinja Celzija temelji na lastnostih vode – 0 °C pri zmrzovanju in 100 °C pri vrelišču (pri standardnem tlaku). Kelvin pa se začne pri absolutni ničli – to je točka, kjer se termično gibanje delcev popolnoma ustavi. Ta absolutna lestvica je veliko bolj primerna za znanstvene in tehnične namene.
Pomembno je vedeti, da je bil kelvin definiran tako, da imata pri določanju temperaturnih razlik °C in K enako vrednost.
Zgodovina kelvina
- Leta 1848 je britanski fizik William Thomson, pozneje znan kot lord Kelvin, predlagal temperaturno lestvico z absolutno ničlo.
- Leta 1954 je bila kot referenčna točka za definicijo kelvina določena trojna točka vode (273,16 °K).
- Leta 1967 je bila enota preimenovana iz “stopinje kelvina” v preprosto “kelvin”.
- Leta 2019 je bila definicija kelvina prenovljena – zdaj temelji na naravni konstanti: Boltzmannovi konstanti (k).
Prvi termometer – Najstarejši poznani termometer
Galilejev termometer ali termoskop je instrument za merjenje temperature v obliki zaprtega steklenega cilindra, napolnjenega z brezbarvno tekočino, v kateri plavajo uteži različnih gostot. Običajno so izvedene kot steklene krogle, delno napolnjene s tekočinami različnih barv. Termometer “izkorišča” dejstvo, da je gostota brezbarvne tekočine odvisna od temperature (kar je prvi odkril Galileo Galilei, odtod tudi ime naprave). Uteži, ki imajo večjo gostoto, potonejo na dno, tiste z manjšo gostoto pa plavajo pri vrhu.
Zakaj ravno trojna točka vode?
Gre za zelo natančno, ponovljivo in univerzalno fiksno točko. Pri 273,16 K (kar ustreza 0,01 °C) in zelo nizkem tlaku, voda obstaja v vseh treh agregatnih stanjih. Ta fiksna točka se še danes uporablja kot ena od kalibracijskih točk mednarodne temperaturne lestvice ITS-90 za zagotavljanje sledljivosti termometrov.
Kelvinova lestvica v praksi
Kelvinova lestvica je absolutna temperaturna lestvica, ki ne pozna negativnih vrednosti. Uporablja se pri:
- kalibracijah termometrov (fiksne točke od 83,8058 K do 1826,6 K),
- brezkontaktni termometriji za merjenje površin,
- industrijskih procesih, kjer je temperatura ključna veličina,
- meteorologiji, medicini in okoljskih merjenjih.
Zanimivo:
Pri zelo nizkih temperaturah (blizu absolutne ničle) se fizika obnaša povsem drugače. Brez kelvina bi razumevanje tega sveta ne bilo mogoče.
Mednarodna temperaturna lestvica ITS-90
Mednarodna temperaturna lestvica ITS-90 (International Temperature Scale of 1990) je standard za kalibracijo merilne opreme, ki ga je določil Mednarodni komite za uteži in mere (CIPM). ITS-90 omogoča primerljivost in združljivost temperaturnih meritev po vsem svetu.
Lestvica ITS-90 določa štirinajst kalibracijskih točk, ki segajo od 0,65 K do 1357,77 K (−272,50 °C do 1084,62 °C). Te točke temeljijo na različnih termodinamičnih ravnotežnih stanjih čiste kemijske snovi, večinoma na tališčih in zmrziščih elementov.
Čeprav je bila leta 2019 kelvinska enota ponovno definirana, ITS-90 ostaja priporočena praktična temperaturna lestvica.
Temperatura v laboratoriju LOTRIČ Meroslovje
V našem laboratoriju uporabljamo sledljivost do ITS-90 temperaturne lestvice uporabljamo pri kalibraciji termometrov – od klasičnih termometrov s prikazovalniki, prek tekočinskih (živosrebrnih, alkoholnih), sevalnih termometrov, do elektronskih temperaturnih tipal. Kalibracije izvajamo v razponu od -90 °C do 1100 °C (oz. od 183 K do 1373 K).
Zakaj je to pomembno? Zato ker je točna in sledljiva ustrezna temperatura bistvena:
- pri shranjevanju cepiv in zdravil,
- v proizvodnji občutljivih izdelkov,
- kot vplivni okoljski parameter pri razvoju in raziskavah
Zaupanje v temperaturo pomeni zaupanje v odločitev.
V našem laboratoriju vrednosti potrjujemo z metodami, umerjenimi instrumenti, sledljivimi postopki – ki temeljijo na fiksnih točkah, referenčnih standardih in desetletjih razvoja.
Ker v znanosti štejejo dejstva, ne občutki.