Kelvin
El kelvin (símbolo: K), antes llamado grado Kelvin,[1] es la unidad de temperatura de la escala creada en 1848 por William Thomson, primer barón de Kelvin, sobre la base del grado Celsius, estableciendo el punto cero en el cero absoluto (−273,15 °C) y conservando la misma dimensión. A sus 24 años, Kelvin introdujo la escala de temperatura termodinámica, cuya unidad fue nombrada en su honor en 1968.
| Kelvin | ||
|---|---|---|
| Estándar | Unidades básicas del Sistema Internacional | |
| Magnitud | Temperatura | |
| Símbolo | K | |
| Nombrada en honor de | William Thomson, Lord Kelvin | |
Es una de las unidades básicas del Sistema Internacional de Unidades. Desde la 26ª Conferencia General de Pesas y Medidas, celebrada en noviembre de 2018, se define a partir de la constante de Boltzmann, a la que se ha dado un valor numérico exacto, sin incertidumbre.[2]
Se define al fijar el valor numérico de la constante de Boltzmann, k, en 1,380 649 × 10-23, cuando se expresa en la unidad J·K-1, igual a kg·m2·s-2·K-1, donde el kilogramo, el metro y el segundo se definen en función de h, c y ΔνCs.
De la relación exacta k = 1,380 649 × 10-23 kg·m2·s-2·K-1 se obtiene la expresión para el kelvin en función de las constantes k, h y ΔνCs:
El efecto de esta definición es que el kelvin es igual a la variación de temperatura termodinámica que da lugar a una variación de energía térmica kT de 1,380 649 × 10-23 J.
Anteriormente se definía el kelvin como la fracción 1/273,16 de la temperatura termodinámica del punto triple del agua.[3] Se representa con la letra K, nunca «°K», pues actualmente su nombre no es el de «grados kelvin», sino simplemente «kelvin».[3]
Coincidiendo el incremento en un grado Celsius con el de un kelvin, su importancia radica en el 0 de la escala: la temperatura de 0 K es denominada «cero absoluto», que corresponde al punto en el que las moléculas y átomos de un sistema tienen la mínima energía térmica posible. Ningún sistema macroscópico puede tener una temperatura inferior. A la temperatura medida en kelvin se le llama «temperatura absoluta» y es la escala de temperaturas que se usa en ciencia, especialmente en trabajos de física o química.
También en iluminación de fotografía, vídeo y cine se utilizan los kelvin como referencia de la temperatura de color. Cuando un cuerpo negro es calentado, emite luz de diferente color según la temperatura a la que se encuentra. De este modo, cada color se puede asociar a la temperatura a la que debería estar un cuerpo negro para emitir en ese color. Es necesario recalcar que la temperatura de color asociada a un cuerpo no está relacionada con su temperatura real. Por ejemplo, 1600 K es la temperatura de color correspondiente a la salida o puesta del sol. La temperatura del color de una lámpara de filamento de wolframio (tungsteno) corriente es de 2800 K. La temperatura de la luz utilizada en fotografía y artes gráficas es 5500 K (para considerarla «luz de día», lo que no impide que se usen otras partes de la escala para referirse a la luz de tungsteno o algunas lámparas led) y la del sol al mediodía con cielo despejado es de 5200 K. La luz de los días nublados es más azul y es 6000 K o más, llegando incluso a los 11 000 K.
Múltiplos del SI
A continuación una tabla de los múltiplos y submúltiplos del Sistema Internacional de Unidades.
| Submúltiplos | Múltiplos | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Valor | Símbolo | Nombre | Valor | Símbolo | Nombre | |
| 10−1 K | dK | decikelvin | 101 K | daK | decakelvin | |
| 10−2 K | cK | centikelvin | 102 K | hK | hectokelvin | |
| 10−3 K | mK | milikelvin | 103 K | kK | kilokelvin | |
| 10−6 K | µK | microkelvin | 106 K | MK | megakelvin | |
| 10−9 K | nK | nanokelvin | 109 K | GK | gigakelvin | |
| 10−12 K | pK | picokelvin | 1012 K | TK | terakelvin | |
| 10−15 K | fK | femtokelvin | 1015 K | PK | petakelvin | |
| 10−18 K | aK | attokelvin | 1018 K | EK | exakelvin | |
| 10−21 K | zK | zeptokelvin | 1021 K | ZK | zettakelvin | |
| 10−24 K | yK | yoctokelvin | 1024 K | YK | yottakelvin | |
| Prefijos comunes de unidades están en negrita. | ||||||
Esta unidad del Sistema Internacional es nombrada así en honor a Lord Kelvin. En las unidades del SI cuyo nombre proviene del nombre propio de una persona, la primera letra del símbolo se escribe con mayúscula (K), en tanto que su nombre siempre empieza con una letra minúscula (kelvin), salvo en el caso de que inicie una frase o un título.Basado en The International System of Units, sección 5.2.
Temperatura y energía
La física estadística dice que en un sistema termodinámico la energía contenida por las partículas es proporcional a la temperatura absoluta, siendo la constante de proporcionalidad la constante de Boltzmann. Por eso es posible determinar la temperatura de unas partículas con una determinada energía, o calcular la energía de unas partículas a una determinada temperatura. Esto se hace a partir del denominado principio o teorema de equipartición. El principio de equipartición establece que la energía de un sistema termodinámico es
donde:
- es la constante de Boltzmann
- es la temperatura expresada en kelvin
- es el número de grados de libertad del sistema (por ejemplo, en sistemas monoatómicos donde la única posibilidad de movimiento es la traslación de unas partículas respecto a otras en las tres posibles direcciones del espacio, n es igual a 3).
Véase también
Referencias
- Tipler, Paúl A. (1991) Física pre-universitaria. Reveré. Vol. 1. Pág. 301. ISBN 978-84-291-4375-1.
- «Real Decreto 493/2020, de 28 de abril, por el que se modifica el Real Decreto 2032/2009, de 30 de diciembre, por el que se establecen las unidades legales de medida.» (pdf). Boletín Oficial del Estado. 28 de abril de 2020. Consultado el 29 de abril de 2020.
- ↑ «Unité de température thermodynamique (kelvin)» (en francés). Bureau International des Poids et Mesures (BIPM). Consultado el 18 de enero de 2013.