Mjerna jedinica kelvin

MJERNE JEDINICE NAZVANE PO ZNANSTVENICIMA

Neke su mjerne jedinice od XIX. stoljeća nazivane po zaslužnim znanstvenicima. Danas je u Međunarodnom sustavu jedinica (SI) takvih 19 jedinica, a još je jedna iznimno dopuštena. Takvi nazivi mjernih jedinica starih sustava ili izvan sustava (angstrem, gaus, kiri, meksvel, rendgen i dr.) otišli su u povijest. Opisat će se kako je 20 danas zakonitih jedinica nazvano po znanstvenicima i kako su normirane.

U ovom se nizu1 opisuje i kako se kroz gotovo dva stoljeća mijenjalo oslanjanje jedinica od tvarnih pramjera do suvremenog oslanjanja na prirodne stalnice ili konstante2 . Jedinice su u nizu navedene uglavnom po vremenu usvajanja.

Kelvin (engl. kelvin; znak K) je mjerna jedinica termodinamičke temperature, osnovna je jedinica Međunarodnog sustava jedinica (SI). Nazvan je po lordu Kelvinu.

Podrijetlo naziva mjerne jedinice kelvin

William Thomson 1. barun Kelvin, obično nazivan samo lord Kelvin (1824.–1907.), irsko-britanski fizičar vrlo širokog područja rada, od 1890.–1895. godine predsjednik Kraljevskog društva, a od 1906. bio je prvi predsjednik Međunarodnog elektrotehničkog povjerenstva za normizaciju (IEC). Proučavao je osobito termodinamiku i elektromagnetizam. Zbog doprinosa poboljšanju prijenosa signala podmorskim kablovima kraljica Viktorija mu je 1866. godine dodijelila viteštvo. Za rad na području termodinamike mu je 1892. godine, kao prvom znanstveniku, dodijeljeno plemstvo, s nazivom Kelvin od Largsa (prema rijeci Kelvin koja prolazi pokraj njegova laboratorija u Sveučilištu u Glasgowu). Osobito je ostao poznat po uvođenju pojma apsolutne temperature (poslije nazvane termodinamičkom temperaturom), oslonjene na najnižu moguću temperaturu u prirodi. Po njemu se naziva mjerna jedinica

1 Osnova ovoga niza, uz ostale izvore, je i niz napisa o povijesti, nazivima i definicijama mjernih jedinica, objavljenih u autorovu Leksikonu mjernih jedinica te u časopisima Svijet po mjeri i Radio HRS. 2 Vidi o tome npr.: Z. J., Nove definicije osnovnih jedinica SI-a. ABC tehnike, br. 622, veljača 2019., str. 15-16 i 21. termodinamičke temperature kelvin, jedna termodinamička pojava, tzv. Joule-Thomsonov učinak, Thomsonov ili Kelvinov most za mjerenje električnog otpora, Kelvinov generator (influencni stroj), Thomsonov visak William Thomson lord Kelvin za mjerenje dubine u vodi s broda u pokretu, te Thomsonova jednadžba za računanje frekvencije titrajnoga kruga, potom Kelvinov greben na Antarktiku te dvije oblikovine na Mjesecu (Kelvinov rt i Kelvinova brazda). Za života je primio mnoge počasti iz brojnih znanstvenih ustanova u svijetu. Jedan od samo tri sačuvana izvorna Fahrenheitova termometra, načinjen nekoliko godina poslije 1714. godine (Muzej Boerhaave u Leidenu u Nizozemskoj)

Postanak mjerne jedinice kelvin

Kelvin je definiciju temperature oslonio na termodinamičke zakone, iz kojih između ostaloga slijedi da u prirodi postoji najniža moguća temperatura, kada je sustavu uzeta sva unutarnja energija. On je 1848. godine procijenio da je ta “apsolutna nula temperature” na ‒273 °C. Stoga je predložio da se apsolutna temperatura, poslije nazvana termodinamičkom temperaturom, izražava ljestvicom koja počinje na apsolutnoj nuli. Da ne uvodi nove stupnjeve (uz nekoliko koji su tada bili u uporabi), upotrijebio je Celzijevu ljestvicu, tako što je promijenio oznake da je početak (nula

stupnjeva) na apsolutnoj nuli, a 273,15 stupnja na ledištu vode. U takvoj ljestvici nema negativnih vrijednosti temperature. Ubrzo je ta ljestvica nazvana Kelvinovom ljestvicom, a njezini stupnjevi Kelvinovim stupnjevima (znak °K), iako su jednaki Celzijevim stupnjevima. U Engleskoj Veliki termometar na tornju se svojedobno (Deutsche Museums, München, sporadično rabio fotografija iz 1930.) “stupanj apsolutne temperature” (znak °A), jednak Kelvinovu stupnju (°A = °K), ali je ljestvica bila pomaknuta, tako što je ledištu vode pridružena zaokružena vrijednost T0 = 273,00 °A (točno).

Suvremena mjerna jedinica kelvin

Opća konferencija za utege i mjere (CGPM) je 1954. godine definirala Kelvinovu ljestvicu, pridružujući temperaturi trojnoga stanja vode (tzv. trojna točka) vrijednost od 273,16 °K, koja je samo 0,01 °K iznad ledišta vode, ali se može odrediti znatno pouzdanije. Pri usvajanju Međunarodnoga sustava jedinica (SI) 1960. godine stupanj kelvina odabran je kao jedna od tada šest osnovnih jedinica SI.

Naziv mjerne jedinice Kelvinov stupanj i njegov znak °K je CGPM 1967./68. godine zamijenio nazivom kelvin i znakom K (ispuštajući kao nepotreban i zastario naziv stupanj)3, u definiciji: “Jedinica termodinamičke temperature je kelvin (znak K), koji je jednak 273,16-om dijelu termodinamičke temperature trojnoga stanja vode4.” Prelazom na definicije osnovnih SI jedinica pomoću prirodnih stalnica, definicija kelvina od 20. svibnja 2019. glasi:

Kelvin (znak K) je SI jedinica termodinamičke temperature. Definiran je uzimanjem čvrste brojčane vrijednosti Boltzmanove stalnice k jednake 1,380 649 × 10–23 J∙K–1, koja je jednaka kg∙m2 ∙s–2 ∙K–1, gdje su kilogram, metar i sekunda definirane pomoću h, c i ΔvCs. Pri tom je J znak jedinice džul, kg kilogram, m metar, a s sekunda.

Usporedna uporaba Celzijeve i Kelvinove ljestvice

Iskustvena Celzijeva temperatura s jedinicom Celzijev stupanj (°C) i Kelvinova termodinamička temperatura s jedinicom kelvin (K) danas se podjednako rabe. U primjeni termodinamičkih zakona prikladna je neovisno definirana termodinamička temperatura. U svakodnevnoj je primjeni prikladnija iskustvena Celzijeva temperatura, jer su brojčane vrijednosti mnogih temperatura (okoline, ljud-

3 Šteta je što tada i Celzijev stupanj nije nazvan celzij (što se razgovorno i rabi). Razlog je tomu što je znak ºC bio već toliko uvriježen da bi ga teško bilo mijenjati (npr. u Ce), a otklanjanje kružića ostalo bi samo slovo C, što bi se podudaralo sa znakom za kulon! 4 Međunarodni odbor za utege i mjere (CIPM) je 2005. godine odredio da je to voda određenoga izotopnog sastava, kao što je tzv. oceanska voda, točnije voda koja nastaje isparavanjem oceanske vode (znak VSMOW, prema engl. Vienna Standard Mean Ocean Water).

Elektronički medicinski termometar s digitalnim pokaznikom Beskontaktni elektronički termometar za mjerenje temperature ljudskoga tijela Elektronički sobni termometar s digitalnim pokaznikom Ubodni termometar s analognim pokaznikom za dubinsko mjerenje temperature hrane pri termičkoj obradbi Ubodni termometar s digitalnim pokaznikom za dubinsko mjerenje temperature hrane u spremniku ili pri termičkoj obradbi