Kelvin

O kelvin é a unidade básica de temperatura no Sistema Internacional de Unidades (SI), tendo o símbolo de unidade K. Seu nome vem do engenheiro e físico William Thomson, nascido em Belfast, da Universidade de Glasgow , primeiro Barão Kelvin (1824-1907).

O kelvin é agora definido fixando o valor numérico da constante de Boltzmann k em 1,380 649 × 10 ⁻²³ J⋅K ⁻¹ . Portanto, um kelvin é igual a uma mudança na temperatura termodinâmica T que resulta em uma mudança na energia térmica kT de 1,380 649 × 10 ⁻²³ J. ^[1]

A escala Kelvin atende aos requisitos da Thomson como uma escala de temperatura termodinâmica absoluta . Ele usa o zero absoluto como seu ponto nulo (isto é, baixa entropia ). A relação entre as escalas Kelvin e Celsius é T _K = t _{° C} + 273,15. Na escala Kelvin, a água pura congela a 273,15 K e ferve a 373,15 K.

Ao contrário do grau Fahrenheit e do grau Celsius , o Kelvin não é referido ou escrito como um grau . O Kelvin é a unidade primária de medição de temperatura nas ciências físicas, mas é freqüentemente usado em conjunto com o grau Celsius, que tem a mesma magnitude.

História [ editar ]

Em 1848, William Thomson, que mais tarde foi enobrecido como Lord Kelvin , escreveu em seu artigo On an Absolute Thermometric Scale sobre a necessidade de uma escala em que "frio infinito" (zero absoluto) fosse o ponto nulo da escala, e que usasse o grau Celsius para seu incremento de unidade. Kelvin calculou que o zero absoluto era equivalente a -273 ° C nos termômetros de ar da época. ^[2] Esta escala absoluta é conhecida hoje como escala de temperatura termodinâmica Kelvin. O valor de Kelvin de "−273" foi o recíproco negativo de 0,00366 - o coeficiente de expansão aceito de gás por grau Celsius em relação ao ponto de gelo, dando uma consistência notável ao valor atualmente aceito.

Em 1954, a Resolução 3 da 10ª Conferência Geral de Pesos e Medidas (CGPM) deu à escala Kelvin sua definição moderna ao designar o ponto triplo da água como seu segundo ponto de definição e atribuiu sua temperatura a exatamente 273,16 kelvin. ^[3]

Em 1967/1968, a Resolução 3 da 13ª CGPM renomeou o incremento da unidade de temperatura termodinâmica "kelvin", símbolo K, substituindo "grau Kelvin", símbolo ° K. ^[4] Além disso, sentindo ser útil definir mais explicitamente a magnitude do incremento da unidade, a 13ª CGPM também sustentou na Resolução 4 que "O Kelvin, unidade de temperatura termodinâmica, é igual à fração1/273,16da temperatura termodinâmica do ponto triplo da água . " ^[5]

Em 2005, o Comitê International des Poids et Mesures (CIPM), um comitê da CGPM, afirmou que para fins de delineamento da temperatura do ponto triplo da água, a definição da escala de temperatura termodinâmica Kelvin se referia a água com uma composição isotópica especificada como Vienna Standard Mean Ocean Water . ^[6]

Em 16 de novembro de 2018, foi adotada uma nova definição , em termos de um valor fixo da constante de Boltzmann . Com essa mudança, o ponto triplo da água tornou-se um valor determinado empiricamente de aproximadamente 273,16 kelvin. Para fins de metrologia legal , a nova definição entrou oficialmente em vigor em 20 de maio de 2019, o 144º aniversário da Convenção do Medidor . ^[7]

Convenções de uso [ editar ]

De acordo com o Bureau Internacional de Pesos e Medidas , quando soletrado ou falado, a unidade é pluralizada usando as mesmas regras gramaticais que para outras unidades SI , como volt ou ohm (por exemplo, "... o ponto triplo da água é exatamente 273,16 Kelvins " ^[8] ). Quando é feita referência à " escala Kelvin ", a palavra "kelvin" - que normalmente é um substantivo - funciona adjetivamente para modificar o substantivo "escala" e é capitalizada. Como com a maioria dos outros símbolos de unidade SI (símbolos de ângulo, por exemplo, 45 ° 3 ′ 4 ″, são a exceção), há um espaço entre o valor numérico e o símbolo de Kelvin (por exemplo, "99,987 K").^{[9] [10]} (O guia de estilo paraO CERN , no entanto, diz especificamente para sempre usar "kelvin", mesmo quando estiver no plural.) ^[11]

Antes da 13ª CGPM em 1967-1968, a unidade Kelvin era chamada de "grau", o mesmo que as outras escalas de temperatura da época. Era distinguido das outras escalas com o sufixo de adjetivo "Kelvin" ("grau Kelvin") ou com "absoluto" ("grau absoluto") e seu símbolo era ° K. O último termo (grau absoluto), que foi o nome oficial da unidade de 1948 a 1954, era ambíguo, pois também poderia ser interpretado como se referindo à escala Rankine . Antes da 13ª CGPM, a forma plural era "graus absolutos". O 13º CGPM mudou o nome da unidade para simplesmente "kelvin" (símbolo: K). ^[12]A omissão de "grau" indica que não é relativo a um ponto de referência arbitrário como as escalas Celsius e Fahrenheit (embora a escala Rankine continuasse a usar "grau Rankine"), mas sim uma unidade de medida absoluta que pode ser manipulada algebricamente ( por exemplo, multiplicado por dois para indicar duas vezes a quantidade de "energia média" disponível entre os graus de liberdade elementares do sistema). ^{[ citação necessária ]}

2019 redefinição [ editar ]

Em 2005, o CIPM embarcou em um programa para redefinir o Kelvin (junto com as outras unidades do SI) usando uma metodologia experimentalmente mais rigorosa. Em particular, o comitê propôs redefinir o Kelvin de modo que a constante de Boltzmann tome o valor exato1,380 6,505 × 10 ^-23  J / K . ^[13] O comitê esperava que o programa fosse concluído a tempo de sua adoção pela CGPM em sua reunião de 2011, mas na reunião de 2011 a decisão foi adiada para a reunião de 2014, quando seria considerada como parte de um programa maior . ^[14]

A redefinição foi posteriormente adiada em 2014, aguardando medições mais precisas da constante de Boltzmann em termos da definição atual, ^[15] mas foi finalmente adotada na 26ª CGPM no final de 2018, com um valor de k  = 1,380 649 × 10 ^-23  J / K . ^{[13] [16]}

Do ponto de vista científico, a principal vantagem é que isso permitirá que medições em temperaturas muito baixas e muito altas sejam feitas com maior precisão, pois as técnicas utilizadas dependem da constante de Boltzmann. Também tem a vantagem filosófica de ser independente de qualquer substância particular. A unidade J / K é igual a kg⋅m ² ⋅s ⁻² ⋅K ⁻¹ , onde o quilograma , metro e segundo são definidos em termos da constante de Planck , a velocidade da luz e a duração do césio-133 transição hiperfina do estado fundamental, respectivamente. ^[17]Assim, esta definição depende apenas de constantes universais , e não de quaisquer artefatos físicos praticados anteriormente, como o Protótipo Internacional do Quilograma , cuja massa divergiu ao longo do tempo do valor original. O desafio era evitar degradar a precisão das medições próximas ao ponto triplo. Do ponto de vista prático, a redefinição passará despercebida; a água ainda congelará a 273,15 K (0 ° C), ^[18] e o ponto triplo da água continuará a ser uma temperatura de referência laboratorial comumente usada.

A diferença é que, antes da redefinição, o ponto triplo da água era exato e a constante de Boltzmann tinha um valor medido de 1,380 649 03 (51) × 10 ⁻²³  J / K , com uma incerteza padrão relativa de3,7 × 10 ⁻⁷ . ^[16] Posteriormente, a constante de Boltzmann é exata e a incerteza é transferida para o ponto triplo da água, que agora é273.1600 (1) K .

Usos práticos [ editar ]

Temperatura de cor [ editar ]

O Kelvin é freqüentemente usado como uma medida da temperatura da cor de fontes de luz. A temperatura de cor é baseada no princípio de que um radiador de corpo negro emite luz com uma distribuição de frequência característica de sua temperatura. Corpos negros em temperaturas abaixo de cerca de4000 K aparecem avermelhados, enquanto aqueles acima cerca de7500 K parecem azulados. A temperatura de cor é importante nas áreas de projeção de imagens e fotografia , onde uma temperatura de cor de aproximadamente5600 K é necessário para corresponder às emulsões de filme "luz do dia". Em astronomia , a classificação estelar das estrelas e seu lugar no diagrama de Hertzsprung-Russell são baseados, em parte, em sua temperatura de superfície, conhecida como temperatura efetiva . A fotosfera do Sol , por exemplo, tem uma temperatura efetiva de5778 K .

Câmeras digitais e software fotográfico geralmente usam temperatura de cor em K nos menus de edição e configuração. O guia simples é que uma temperatura de cor mais alta produz uma imagem com tons de branco e azul aprimorados. A redução na temperatura da cor produz uma imagem mais dominada por cores avermelhadas e "mais quentes" .

Kelvin como uma unidade de temperatura de ruído [ editar ]

Em eletrônica, o Kelvin é usado como um indicador de quão ruidoso um circuito é em relação a um piso de ruído final , ou seja, a temperatura de ruído . O chamado ruído Johnson-Nyquist de resistores e capacitores discretos é um tipo de ruído térmico derivado da constante de Boltzmann e pode ser usado para determinar a temperatura de ruído de um circuito usando as fórmulas de Friis para ruído .

Caractere Unicode [ editar ]

O símbolo é codificado em Unicode no ponto de código U + 212A K KELVIN SIGN . No entanto, este é um caractere de compatibilidade fornecido para compatibilidade com codificações legadas. O padrão Unicode recomenda usar U + 004B K LATIN CAPITAL LETTER K em vez disso; isto é, um K maiúsculo normal . "Três símbolos semelhantes a letras receberam equivalência canônica para letras regulares: U + 2126 Ω SINAL OHM , U + 212A K SINAL KELVIN e U + 212B Å SINAL ANGSTROM . Em todos os três casos, a letra regular deve ser usada." ^[19]

Veja também [ editar ]

• Comparação de escalas de temperatura
• Escala Internacional de Temperatura de 1990
• Temperatura negativa

Referências [ editar ]

Ligações externas [ editar ]

Procure Kelvin no Wikcionário, o dicionário gratuito.

• Bureau International des Poids et Mesures (2006). "Folheto do Sistema Internacional de Unidades (SI)" (PDF) . 8ª Edição. Comitê Internacional de Pesos e Medidas . Página visitada em 6 de fevereiro de 2008 . Citar diário requer |journal=( ajuda )