ระดับอุณหภูมิเคลวินคืออะไร?

ความร้อนและความเย็นถูกวัดด้วยสเกลตัวเลขที่เรียกว่าอุณหภูมิ เครื่องวัดอุณหภูมิคือวิธีที่เราสื่อสารเกี่ยวกับสภาพอากาศ วัดความปลอดภัยและความสะดวกสบาย และอธิบายโลกทางกายภาพ การใช้เส้นฐานที่นักวิทยาศาสตร์เลือกเพื่อสร้างการวัดสัมพัทธ์ สเกลอุณหภูมิจะวัดความเข้มของความร้อน หรือปริมาณพลังงานความร้อนที่มีอยู่ในวัสดุหรือสสาร (เช่น อากาศ หม้อน้ำ หรือพื้นผิวของดวงอาทิตย์) มีระบบการวัดที่ใช้กันทั่วไปสามระบบ ได้แก่ ฟาเรนไฮต์เซลเซียส และเคลวิน

อุณหภูมิคืออะไร?

อุณหภูมิเป็นพลังงานที่วัดด้วยเครื่องมือที่เรียกว่าเทอร์โมมิเตอร์ ซึ่งมาจากคำภาษากรีกว่าเทอร์โมส (ร้อน) และเมตรอน (การวัด) ตามพจนานุกรมนิรุกติศาสตร์ออนไลน์ คำจำกัดความของอุณหภูมิอีกประการหนึ่งคือการวัดพลังงานจลน์เฉลี่ย (พลังงานของมวลที่เคลื่อนที่) ของโมเลกุลของสาร ตามที่มหาวิทยาลัยแห่งรัฐจอร์เจีย

เห็นได้ชัดว่าแพทย์ชาวกรีกโบราณ ฮิปโปเครตีส สอนว่ามือมนุษย์สามารถใช้เพื่อตัดสินว่ามีไข้ในคนได้เร็วถึง 400 ปีก่อนคริสตกาล ตามรายงานปี 2019 ที่ตีพิมพ์ในวารสาร Nature Public Health Emergency Collection อย่างไรก็ตาม เครื่องมือที่แม่นยำสำหรับการวัดอุณหภูมิร่างกายมนุษย์ยังไม่ได้รับการพัฒนาจนกระทั่งศตวรรษที่ 16 และ 17

เคลวิน: สเกลสัมบูรณ์สำหรับนักวิทยาศาสตร์

ในปี พ.ศ. 2391 นักคณิตศาสตร์และนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ วิลเลียม ทอมสัน (หรือที่รู้จักกันในชื่อ ลอร์ดเคลวิน) ได้เสนอมาตราส่วนอุณหภูมิสัมบูรณ์ โดยไม่ขึ้นกับคุณสมบัติของสสาร เช่น น้ำแข็งหรือร่างกายมนุษย์ เขาแนะนำว่าช่วงของอุณหภูมิที่เป็นไปได้ในเอกภพนั้นเกินกว่าที่เซลเซียสและฟาเรนไฮต์เสนอไว้มาก แนวคิดของอุณหภูมิต่ำสุดสัมบูรณ์ไม่ใช่เรื่องใหม่ ตามข้อมูลของ NIST แต่เคลวินให้ตัวเลขที่แน่นอนแก่คุณ: 0 เคลวิน เท่ากับ -273.15 องศาเซลเซียส

อุณหภูมิทางอุณหพลศาสตร์เป็นอุณหภูมิสัมบูรณ์ ไม่สัมพันธ์กับจุดคงที่ ข้อมูลนี้อธิบายถึงปริมาณของพลังงานจลน์ที่มีอยู่ในอนุภาคที่ประกอบกันเป็นหยดของสสาร การกระดิกและการกระพือในระดับที่มองด้วยกล้องจุลทรรศน์ไม่ได้ ทอมสันอธิบาย เมื่ออุณหภูมิลดลง อนุภาคจะเคลื่อนที่ช้าลงจนกระทั่งถึงจุดหนึ่งหยุดการเคลื่อนไหวทั้งหมด มันเกี่ยวกับศูนย์สัมบูรณ์ซึ่งเป็นการอ้างอิงของมาตราส่วนเคลวิน

ศูนย์สัมบูรณ์

ศูนย์สัมบูรณ์เกิดขึ้นที่ -273.15 C หรือ -459.67 F. จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ นักวิทยาศาสตร์คิดว่ามนุษย์ไม่สามารถสร้างอุณหภูมินั้นขึ้นมาใหม่ได้ เนื่องจากจะต้องเพิ่มพลังงานเข้าไปในระบบเพื่อให้เย็นลง ซึ่งหมายความว่าระบบจะ จะร้อนกว่าศูนย์สัมบูรณ์ แต่ในปี 2013 นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันสามารถนำอนุภาคไปสู่อุณหภูมิที่ขัดแย้งกันต่ำกว่าศูนย์สัมบูรณ์

ในความคิดของเคลวิน ศูนย์สัมบูรณ์เป็นจุดเริ่มต้นของมาตราส่วนอุณหภูมิ แต่เพื่อความสะดวก เขาใช้เครื่องหมายและช่วงเวลาของมาตราส่วนเซลเซียสที่รู้จักกันอย่างกว้างขวางเป็นพื้นฐานสำหรับตัวเขาเอง ดังนั้นในระดับเคลวิน น้ำจะแข็งตัวที่ 273.15 K (0°C) และเดือดที่ 373.15 K นั่นคือที่ 100°C เคลวินถูกกำหนดให้เป็นหน่วย แทนที่จะเป็นองศา และมีค่าเท่ากับหนึ่งองศาในระดับเซลเซียส นักวิทยาศาสตร์ใช้มาตราส่วนเคลวินเป็นหลัก

ในปี 2018 เคลวินได้รับการนิยามใหม่เพื่อให้แม่นยำยิ่งขึ้น ตามบทความในนิตยสาร Metrologia และตอนนี้คำจำกัดความของเคลวินเชื่อมโยงกับค่าคงที่ Boltzmann ค่าคงที่นี้เกี่ยวข้องกับอุณหภูมิกับพลังงานจลน์ของสสาร คำจำกัดความใหม่ตามการประชุมทั่วไปว่าด้วยน้ำหนักและการวัดมีดังนี้: “เคลวิน สัญลักษณ์ K คือหน่วย SI ของอุณหภูมิทางอุณหพลศาสตร์ ขนาดของมันได้รับการแก้ไขโดยการตั้งค่าตัวเลขของค่าคงที่ของ Boltzmann เป็น 1.380649 × 10 ^-23 J K-1 [จูลต่อเคลวิน]’

แหล่งที่มา

• สารานุกรมบริแทนนิกา. (น). โบลซ์มันน์คงที่ ฟิสิกส์.
• มาตรวิทยา. (2562). การแก้ไข SI—ผลจากความก้าวหน้าสามทศวรรษในด้านมาตรวิทยา
• สำนักงานชั่งตวงวัดระหว่างประเทศ. (2549). หนังสือระบบหน่วยสากล (SI) คณะกรรมการชั่งตวงวัดระหว่างประเทศ.
• ใช่โบรชัวร์ (2562). ความเห็นอกเห็นใจสำหรับคำจำกัดความของเคลวินใน SI คณะกรรมการที่ปรึกษาด้านเทอร์โมมิเตอร์