开氏与摄氏温标的起源与发展解析
本文详细解析了开氏温标与摄氏温标的起源及其发展历程。从安德斯·摄氏的水银温度计设计到威廉·汤姆森(开尔文勋爵)提出的绝对温标,探索了两种温标在科学和工程领域的重要意义及其对...
定义:开尔文(符号:K)是国际单位制(SI)中热力学温度的基本单位。它被定义为玻尔兹曼方程给出的水的三相点的能量当量。它也是开尔文标度的单位,其中零点(0 K)是所有热运动停止的温度,称为绝对零度或-273.15°C。 开尔文的定义在2019年发生了变化。这个新的定义导致开尔文的根本变化,以至于它现在依赖于秒,米和千克的定义。
历史/起源:开尔文以英国物理学家威廉·汤姆森的名字命名,他被称为开尔文勋爵。汤姆森写了一篇论文,概述了绝对温标的必要性。他在1848年计算出绝对零度值为-273°C,与当前可接受的值仅偏差0.15°C。
直到2018年底,开尔文被定义为水三相点热力学温度的1/273.16(0.01°C或32.018°F)。这个定义出现在1954年,当时度量衡大会将水的三相点指定为开尔文标度的第二个定义点,将温度定义为273.16 K。
虽然开尔文的定义在2019年发生了根本性的变化,但它并不影响开尔文的使用方式,也不影响开尔文与其他温标和单位的关系。
当前使用情况:开尔文与摄氏温度一起在全球范围内使用,特别是在科学和工程领域。这部分是由于开尔文和摄氏度具有完全相同的幅度。与摄氏度和华氏度不同,开尔文不用于气象环境。
定义:摄氏温度(符号:°C)是SI(国际单位制)派生的温度单位。它是根据温度的SI单位开尔文定义的。摄氏温标和开尔文刻度精确相关,摄氏一度的变化等于开尔文的一度变化。开尔文(以及摄氏温度)是根据玻尔兹曼常数 k 定义的,当以单位 J 表示时,它等于 1.380649 × 10-23。K-1,单位相当于公斤·米2·s-2·K-1.千克、米和秒是根据普朗克常数 h、光速 c 和铯频率 ΔνCs 定义的。
历史/起源:从1743年到1954年,摄氏温标以0°C的水凝固点和100°C的水沸点为基础,两者的压力均为一个标准大气压,以汞为工作材料。但情况并非总是如此,最初0°C被定义为水的沸点,100°C被定义为雪的熔点。摄氏温度作为一个单位和一个刻度并没有被广泛使用,直到这个原始定义被颠倒过来。1954年,“摄氏度”单位以及摄氏度刻度再次被重新定义,改为基于绝对零度(-273.15°C)和VSMOW(特殊纯净水)的三相点。这是一直使用到2019年的定义,当时开尔文是根据秒,米和千克的定义重新定义的。
当前使用情况:摄氏温标在20世纪中后期取代了大多数国家的华氏温标。世界上几乎所有国家都使用这个量表,除了那些尚未采用公制的国家,如美国。然而,即使在像美国这样的国家,摄氏温度在科学界也被广泛使用——它只是没有被广泛用于日常温度参考。
| 开尔文 [K] | 摄氏度 [°C] |
|---|---|
| 0,01 千米 | -273.14 °C |
| 0,1 千米 | -273.05 °C |
| 1 千米 | -272.15 °C |
| 2 千米 | -271.15 °C |
| , δ | -270.15 °C |
| 5 千米 | -268.15 °C |
| 10 千米 | -263.15 °C |
| 20 千米 | -253.15 °C |
| 50 千米 | -223.15 °C |
| 100 千米 | -173.15 °C |
| 1000 千米 | 726.85 °C |
C = K - 273.15
K = C + 273.15
示例:将 300 K 转换为 °C
300 K = 300 - 273.15 = 26.85 °C
在科学实验里,经常会遇到开氏温度,为啥不直接用摄氏度呢?开氏转摄氏有啥意义呀?
在科学实验尤其是涉及热力学等领域,开氏温度有其优势,它的零点是绝对零度,能让很多物理公式更简洁。而将开氏温度转换为摄氏度,是为了让数据更符合人们日常对温度的认知和表达习惯,方便交流和理解。
绝对零度是 0K,那它对应的摄氏度是多少呀?
使用公式 °C = K - 273.15,把 0 代入,0 - 273.15 = - 273.15,所以绝对零度 0K 对应的是 - 273.15 摄氏度,这是理论上所能达到的最低温度。
275K 换算成摄氏度是多少呢?感觉这个转换有点抽象。
依据转换公式 °C = K - 273.15,当 K = 275 时,275 - 273.15 = 1.85,所以 275K 换算成摄氏度是 1.85°C。
我看到一个开氏温度是 300K,它等于多少摄氏度呀?
开氏温度(K)转换为摄氏度(°C)的公式是 °C = K - 273.15。把 300 代入公式,300 - 273.15 = 26.85,所以 300K 等于 26.85 摄氏度。