كلفن

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 28 صور
الموسوعة الحرة

الكلفن (رمزه: K ) هو الوحدة الأساسية لقياس درجة الحرارة في النظام الدولي للوحدات (SI). مقياس الكلفن هو مقياس مطلق لدرجة الحرارة يبدأ من أدنى درجة حرارة ممكنة ( الصفر المطلق )، والتي تُعتبر 0  كلفن. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] بحسب التعريف، فإن وحدات مقياس سيليزيوس (رمزه °C) ومقياس الكلفن لها نفس المقدار (أي أن ارتفاع درجة الحرارة بمقدار كلفن واحد وارتفاعها بمقدار درجة  مئوية واحدة يساويان 1  كلفن)، ويمكن تحويل أي درجة حرارة بالدرجات المئوية إلى مقياس الكلفن بإضافة 273.15. [ 1 ] [ 5 ]

قام العالم البريطاني اللورد كلفن، في القرن التاسع عشر، بتطوير واقتراح مقياس كلفن. [ 5 ] وكان يُطلق عليه غالبًا اسم مقياس "سيليزيوس المطلق" في أوائل القرن العشرين. [ 6 ] أُضيف الكلفن رسميًا إلى النظام الدولي للوحدات عام 1954، حيث عُرّفت درجة حرارة 273.16 كلفن  بأنها درجة حرارة النقطة الثلاثية للماء (0.01 درجة مئوية). وأُعيد تعريف مقاييس سيليزيوس وفهرنهايت ورانكين بدلالة مقياس كلفن باستخدام هذا التعريف. [ 2 ] [ 7 ] [ 8 ] يُعرّف تنقيح النظام الدولي للوحدات لعام 2019 الكلفن بدلالة الطاقة من خلال تحديد ثابت بولتزمان ؛ فكل  تغيير بمقدار 1 كلفن في درجة الحرارة الديناميكية الحرارية يُقابله تغيير في الطاقة الحرارية ، k <sub>BT </sub> ، بمقدار 1 كلفن بالضبط.1.380 649 × 10 −23 جول  . [ 2 ]

تاريخ

مقدمات

كان حمام الماء المثلج بمثابة نقطة معايرة عملية لمقاييس الحرارة (كما هو موضح هنا بالدرجة المئوية) قبل أن يتم فهم الطبيعة الفيزيائية للحرارة بشكل جيد.

خلال القرن الثامن عشر، طُوِّرت مقاييس حرارة متعددة ، [ 9 ] أبرزها مقياسا فهرنهايت وسيلسيوس . سبقت هذه المقاييس الكثير من علم الديناميكا الحرارية الحديث ، بما في ذلك النظرية الذرية والنظرية الحركية للغازات التي تُشكِّل أساس مفهوم الصفر المطلق . وبدلاً من ذلك، اختاروا نقاطًا تعريفية ضمن نطاق التجربة البشرية التي يُمكن إعادة إنتاجها بسهولة وبدقة معقولة، ولكنها افتقرت إلى أي دلالة عميقة في الفيزياء الحرارية. في حالة مقياس سيلسيوس ( ومقياسي نيوتن وريومور اللذين لم يعودا مستخدمين منذ زمن طويل )، كانت درجة انصهار الجليد بمثابة نقطة انطلاق، حيث تم تعريف مقياس سيلسيوس (من أربعينيات القرن الثامن عشر إلى أربعينيات القرن العشرين) عن طريق معايرة مقياس حرارة بحيث:

يفترض هذا التعريف استخدام الماء النقي عند ضغط محدد يُختار لتقريب ضغط الهواء الطبيعي عند مستوى سطح البحر. وبالتالي، فإن زيادة درجة مئوية واحدة تعادل 1/100  من فرق درجة الحرارة بين نقطتي الانصهار والغليان. وقد استُخدمت نفس الفترة الحرارية لاحقًا في مقياس كلفن.

قانون تشارلز

في الفترة من 1787 إلى 1802، توصل جاك شارل (بحث غير منشور)، وجون دالتون ، [ 10 ] [ 11 ] وجوزيف لويس جاي-لوساك [ 12 ] إلى أن الغازات المثالية، عند ثبات الضغط، تتمدد أو تنكمش حجمها خطيًا ( قانون شارل ) بمقدار 1/273 جزء لكل درجة مئوية من تغير درجة الحرارة صعودًا أو هبوطًا، بين 0  درجة مئوية و100  درجة مئوية. وأشارت نتائج تطبيق هذا القانون إلى أن الغاز الذي يبرد إلى حوالي -273  درجة مئوية سيشغل حجمًا صفريًا.

اللورد كلفن

اللورد كلفن ، الذي سميت وحدة القياس باسمه.

المقياس المطلق الأول

في عام ١٨٤٨، نشر ويليام طومسون، الذي نال لاحقًا لقب اللورد كلفن ، بحثًا بعنوان "حول مقياس حراري مطلق " . [ ١٣ ] تبين أن المقياس المقترح في البحث غير مُرضٍ، لكن المبادئ والصيغ التي بُني عليها كانت صحيحة. [ ١٤ ] على سبيل المثال، في حاشية، استنتج طومسون قيمة -٢٧٣  درجة مئوية للصفر المطلق بحساب المقلوب السالب لـ ٠.٠٠٣٦٦، وهو معامل التمدد الحراري للغاز المثالي لكل درجة مئوية بالنسبة لنقطة تجمد الماء. [ ١٥ ] تتوافق هذه القيمة المستنتجة مع القيمة المقبولة حاليًا وهي -٢٧٣.١٥  درجة مئوية، مع مراعاة الدقة وعدم اليقين في الحساب.

صُمم المقياس على مبدأ أن "وحدة حرارة تنزل من جسم أ عند درجة حرارة T ° لهذا المقياس، إلى جسم ب عند درجة حرارة ( T - 1)° ، ستُحدث نفس التأثير الميكانيكي، بغض النظر عن قيمة T ". [ 16 ] وبالتحديد، عبّر طومسون عن مقدار الشغل اللازم لإنتاج وحدة حرارة ( الكفاءة الحرارية ) على النحو التالي:μ(ت)(1+هـت)/هـ{\displaystyle \mu (t)(1+Et)/E}، أينت{\displaystyle t}هل درجة الحرارة بالدرجة المئوية؟هـ{\displaystyle E}هو معامل التمدد الحراري، وμ(ت){\displaystyle \mu (t)}كانت "دالة كارنو"، وهي كمية مستقلة عن المادة وتعتمد على درجة الحرارة، [ 17 ] مستوحاة من نسخة قديمة من نظرية كارنو . [ 14 ] [ 18 ] ويُشتق المقياس من خلال إيجاد تغيير في المتغيرات.تي1848=و(تي){\displaystyle T_{1848}=f(T)}درجة الحرارةتي{\displaystyle T}بحيثدتي1848/دتي{\displaystyle dT_{1848}/dT}يتناسب معμ{\displaystyle \mu }.

مقياس حرارة يعرض درجة الحرارة بالكلفن والدرجات المئوية

عندما نشر طومسون بحثه عام 1848، لم يأخذ في الاعتبار سوى القياسات التجريبية التي أجراها رينو لـμ(ت){\displaystyle \mu (t)}[ 19 ] في نفس العام، اقترح جيمس بريسكوت جول على طومسون أن الصيغة الحقيقية لدالة كارنو هي [ 20 ]μ(ت)=جهـ1+هـت،{\displaystyle \mu (t)=J{\frac {E}{1+Et}},} أينج{\displaystyle J}هي "المكافئ الميكانيكي لوحدة الحرارة"، [ 21 ] ويُشار إليها الآن بالسعة الحرارية النوعية للماء، وتبلغ حوالي 771.8 قدم-رطل قوة لكل درجة فهرنهايت لكل رطل (4153 جول/كلفن/كجم) . [ 22 ] كان طومسون متشككًا في البداية بشأن انحرافات صيغة جول عن التجربة، مصرحًا: "أعتقد أنه من المسلّم به عمومًا أنه لا يمكن أن يكون هناك مثل هذا الخطأ في بيانات رينو، ولم يتبق سوى عدم اليقين بشأن كثافة البخار المشبع". [ 23 ] أشار طومسون إلى صحة صيغة جول باسم " فرضية ماير "، نظرًا لأن ماير هو أول من افترضها. [ 24 ] أجرى طومسون العديد من التجارب بالتنسيق مع جول، وخلص في النهاية بحلول عام 1854 إلى أن صيغة جول صحيحة وأن تأثير درجة الحرارة على كثافة البخار المشبع يفسر جميع التناقضات مع بيانات رينو. [ 25 ] لذلك، من حيث مقياس كلفن الحديث تي{\displaystyle T}، ويمكن التعبير عن المقياس الأول على النحو التالي: [ 18 ]تي1848=100سجل⁡(تي/273 ألف)سجل⁡(373 ألف/273 ألف){\displaystyle T_{1848}=100{\frac {\log(T/{\text{273 K}})}{\log({\text{373 K}}/{\text{273 K}})}}} تم اختيار معايير المقياس بشكل اعتباطي لتتوافق مع مقياس سيليزيوس عند 0° و100  ° مئوية أو 273 و373 كلفن (نقطتا انصهار وغليان الماء). [ 26 ] على هذا المقياس، تُقابل زيادة قدرها 222  درجة تقريبًا مضاعفة درجة حرارة كلفن، بغض النظر عن درجة الحرارة الابتدائية، و"البرودة اللانهائية" ( الصفر المطلق ) لها قيمة عددية سالبة لا نهائية . [ 27 ]

مقياس مطلق حديث

أدرك تومسون أن الصيغة المقترحة من جول لـμ{\displaystyle \mu }كانت العلاقة بين الشغل والحرارة لمحرك ديناميكي حراري مثالي هي ببساطة الثابتج{\displaystyle J}[ 28 ] في عام 1854، صاغ تومسون وجول مقياسًا مطلقًا ثانيًا أكثر عملية وملاءمة، متوافقًا مع مقاييس الحرارة الهوائية في معظم الأغراض. [ 29 ] تحديدًا، "يكون المقياس العددي لدرجة الحرارة ببساطة هو المكافئ الميكانيكي للوحدة الحرارية مقسومًا على دالة كارنو". [ 30 ]

لتوضيح هذا التعريف، لنفترض محرك دورة كارنو العكوسة ، حيثسؤالح{\displaystyle Q_{\mathrm {H} }}هي كمية الطاقة الحرارية المنقولة إلى النظام،سؤالج{\displaystyle Q_{\mathrm {C} }}هل الحرارة تغادر النظام؟دبليو{\displaystyle W}هو العمل الذي يقوم به النظام (سؤالح-سؤالج{\displaystyle Q_{\mathrm {H} }-Q_{\mathrm {C} }})تح{\displaystyle t_{\mathrm {H} }}هي درجة حرارة الخزان الساخن بالدرجات المئوية، وتج{\displaystyle t_{\mathrm {C} }}هي درجة حرارة الخزان البارد بالدرجة المئوية. تُعرَّف دالة كارنو على النحو التالي:μ=دبليو/سؤالح(تح-تج){\displaystyle \mu =W/Q_{\mathrm {H} }(t_{\mathrm {H} }-t_{\mathrm {C} })}ودرجة الحرارة المطلقة كماتيح=ج/μ{\displaystyle T_{\mathrm {H} }=J/\mu }يجد المرء العلاقةتيح=جسؤالح(تح-تج)/دبليو{\displaystyle T_{\mathrm {H} }=JQ_{\mathrm {H} }(t_{\mathrm {H} }-t_{\mathrm {C} })/W}بافتراضتيح-تيج=ج(تح-تج){\displaystyle T_{\mathrm {H} }-T_{\mathrm {C} }=J(t_{\mathrm {H} }-t_{\mathrm {C} })}وبذلك نحصل على المبدأ العام لمقياس درجة الحرارة الديناميكية الحرارية المطلقة لمحرك كارنو.سؤالح/تيح=سؤالج/تيج{\displaystyle Q_{\mathrm {H} }/T_{\mathrm {H} }=Q_{\mathrm {C} }/T_{\mathrm {C} }}يمكن إثبات أن التعريف يتوافق مع درجة الحرارة الحرارية لقوانين الغاز المثالي . [ 31 ]

هذا التعريف وحده غير كافٍ. حدد تومسون أن المقياس يجب أن يتمتع بخاصيتين: [ 32 ]

  • تكون القيم المطلقة لدرجتي حرارة متناسبة مع بعضها البعض بنسبة الحرارة الممتصة إلى الحرارة المطرودة في محرك ديناميكي حراري مثالي يعمل بمصدر ومبرد عند أعلى وأدنى درجات الحرارة على التوالي.
  • يُطلق على الفرق بين درجتي تجمد وغليان الماء تحت الضغط الجوي القياسي اسم 100 درجة. (وهي نفس الزيادة في مقياس سيليزيوس). وكانت أفضل تقديرات طومسون في ذلك الوقت أن درجة حرارة تجمد الماء تبلغ 273.7  كلفن ودرجة حرارة غليانه تبلغ 373.7  كلفن. [ 33 ]

ستُدرج هاتان الخاصيتان في جميع الإصدارات اللاحقة لمقياس كلفن، على الرغم من أنه لم يكن يُعرف بهذا الاسم آنذاك. في العقود الأولى من القرن العشرين، كان يُطلق على مقياس كلفن غالبًا اسم مقياس " السيليزيوس المطلق "، للإشارة إلى درجات السيليزيوس المحسوبة من الصفر المطلق بدلاً من نقطة تجمد الماء، وباستخدام الرمز نفسه لدرجات السيليزيوس العادية، °C. [ 6 ]

معيار النقاط الثلاثية

مخطط طور نموذجي . يمثل الخط الأخضر المتصل معظم المواد، بينما يمثل الخط الأخضر المتقطع السلوك الشاذ للماء. يمتد خط الغليان (الأزرق المتصل) من النقطة الثلاثية إلى النقطة الحرجة ، والتي بعد تجاوزها تؤدي أي زيادة في درجة الحرارة والضغط إلى تكوين سائل فوق حرج .

في عام 1873، صاغ جيمس ، الشقيق الأكبر لويليام طومسون، مصطلح " النقطة الثلاثية " [ 34 ] لوصف مزيج درجة الحرارة والضغط الذي يسمح لأطوار المادة الصلبة والسائلة والغازية بالتعايش في حالة توازن ديناميكي حراري . وبينما يمكن لأي طورين أن يتعايشا ضمن نطاق واسع من تراكيب درجة الحرارة والضغط (على سبيل المثال، يمكن أن تتأثر درجة غليان الماء بشكل كبير برفع الضغط أو خفضه)، فإن حالة النقطة الثلاثية لمادة معينة لا تحدث إلا عند ضغط واحد ودرجة حرارة واحدة فقط. وبحلول أربعينيات القرن العشرين، تم قياس النقطة الثلاثية للماء تجريبياً، حيث بلغت حوالي 0.6% من الضغط الجوي القياسي ، وقريبة جداً من 0.01  درجة مئوية وفقاً للتعريف التاريخي للدرجة المئوية المستخدم آنذاك.

في عام ١٩٤٨، أُعيدت معايرة مقياس سيليزيوس بتحديد درجة حرارة النقطة الثلاثية للماء بقيمة ٠.٠١  درجة مئوية بدقة [ ٣٥ ]، والسماح لنقطة الانصهار عند الضغط الجوي القياسي بأن تكون لها قيمة محددة تجريبياً (وأن تكون لنقطة الانصهار الفعلية عند الضغط الجوي قيمة متذبذبة ) قريبة من ٠  درجة مئوية. وقد بُرِّر ذلك على أساس أن النقطة الثلاثية تُعطي درجة حرارة مرجعية أكثر دقة وقابلية للتكرار من نقطة الانصهار. [ ٣٦ ] ويمكن قياس النقطة الثلاثية بدقة ±٠.٠٠٠١  درجة مئوية، بينما يمكن قياس نقطة الانصهار بدقة ±٠.٠٠١  درجة مئوية. [ ٣٥ ]

في عام 1954، وبعد أن تم تحديد الصفر المطلق تجريبياً عند حوالي -273.15  درجة مئوية وفقاً لتعريف درجة مئوية المستخدم آنذاك، قدم القرار رقم  3 الصادر عن المؤتمر العام العاشر للأوزان والمقاييس مقياس كلفن جديداً موحداً دولياً، والذي حدد النقطة الثلاثية عند 273.15 + 0.01 = 273.16 درجة كلفن بالضبط. [ 37 ] [ 38 ]

في عامي 1967/1968،  أعاد القرار رقم 3 الصادر عن المؤتمر العام الثالث عشر للأوزان والمقاييس تسمية وحدة قياس درجة الحرارة الديناميكية الحرارية إلى "كلفن"، ويرمز لها بـ K، بدلاً من "درجة كلفن"، ويرمز لها بـ °K . [ 39 ] [ 40 ] كما نصّ القرار  رقم 4 الصادر عن المؤتمر العام الثالث عشر للأوزان والمقاييس على أن "الكلفن، وحدة قياس درجة الحرارة الديناميكية الحرارية، يساوي جزءًا مقداره 1 / 273.16 من درجة الحرارة الديناميكية الحرارية للنقطة الثلاثية للماء." [ 4 ] [ 41 ] [ 42 ]

بعد إعادة تعريف المتر في عام 1983 ، أصبح الكلفن والثانية والكيلوجرام هي وحدات النظام الدولي الوحيدة غير المحددة بالرجوع إلى أي وحدة أخرى.

في عام 2005، لاحظت اللجنة الدولية للأوزان والمقاييس (CIPM)، وهي لجنة تابعة للجنة العامة للأوزان والمقاييس (CGPM)، أن النقطة الثلاثية قد تتأثر بنسبة نظائر الهيدروجين والأكسجين المكونة لعينة الماء، وأن هذا "يُعد الآن أحد المصادر الرئيسية للتباين الملحوظ بين مختلف تطبيقات النقطة الثلاثية للماء". وأكدت اللجنة أنه لأغراض تحديد درجة حرارة النقطة الثلاثية للماء، فإن تعريف الكلفن سيشير إلى الماء ذي التركيب النظائري المحدد لمياه المحيط القياسية المتوسطة فيينا . [ 4 ] [ 43 ] [ 44 ]

إعادة تعريف 2019

تبعيات وحدات النظام الدولي للوحدات لعام ٢٠١٩. تم تثبيت الكلفن (K) بدلالة ثابت بولتزمان ( kB ) والجول . لم يتم عرض الجول لأنه وحدة مشتقة تُعرَّف بالمتر (m) والثانية (s) والكيلوغرام (kg). تُعرَّف هذه الوحدات الأساسية للنظام الدولي للوحدات بدورها بالثوابت الكونية لسرعة الضوء ( c )، وتردد الانتقال فائق الدقة للسيزيوم-١٣٣ ( ΔνCs ) ، وثابت بلانك ( h ). تُشير الأسهم السوداء إلى تبعيات هذه الثوابت على الكلفن .

يُعدّ ثابت بولتزمان kB بمثابة الرابط في العلاقة E = kBT ، حيث يربط الطاقات المجهرية المميزة بمقياس درجة الحرارة الكلي. [ 45 ] في النظام الدولي للوحدات (SI)، يُعامل الكلفن تقليديًا كوحدة أساسية مستقلة ذات بُعد خاص بها. في المقابل، من الشائع في الفيزياء الأساسية اعتماد الوحدات الطبيعية بجعل ثابت بولتزمان مساويًا للواحد، بحيث تشترك درجة الحرارة والطاقة في نفس الوحدات. [ 45 ] [ 46 ]

في عام 2005، بدأ المجلس الدولي للأوزان والمقاييس (CIPM) برنامجًا لإعادة تعريف الكلفن بدلالة ثابت بولتزمان، إلى جانب استكشاف تعريفات جديدة للعديد من وحدات النظام الدولي للوحدات (SI) الأساسية بدلالة الثوابت الأساسية. وكان الدافع وراء ذلك هو إتاحة قياسات أكثر دقة عند درجات حرارة بعيدة عن النقطة الثلاثية للماء، وأن تكون مستقلة عن أي مادة أو قياس معين. [ 47 ] وكان من المقرر في الأصل اعتماد هذا التعريف في عام 2011، مع اعتبار ثابت بولتزمان...1.380 65 X × 10 −23  جول/كلفن ، حيث X سيتم تحديده لاحقًا، [ 48 ] وقد أثيرت مخاوف بشأن الحفاظ على دقة النقطة الثلاثية، وتم تأجيل إعادة التعريف إلى حين إجراء قياسات أكثر دقة، وقد استغرقت هذه التجارب عدة سنوات في بعض الحالات. [ 49 ] [ 50 ] في نهاية المطاف، أصبحت إعادة تعريف الكلفن جزءًا من المراجعة الأوسع نطاقًا للنظام الدولي للوحدات (SI ) لعام 2019. في أواخر عام 2018، اعتمد المؤتمر العام السادس والعشرون للأوزان والمقاييس (CGPM) قيمة k B  = 1.380649 × 10⁻²³ جول/كلفن [  51] [ 48 ] [ 1 ] [ 2 ] [ 4 ] [ 52 ] ودخل التعريف الجديد حيز التنفيذ رسميًا في 20 مايو 2019، في الذكرى السنوية الـ 144 لاتفاقية المتر . [ 52 ] [ 1 ] [ 2 ] [ 4 ]

مع هذا التعريف الجديد، يعتمد الكلفن الآن فقط على ثابت بولتزمان والثوابت العالمية (انظر مخطط تبعيات وحدة النظام الدولي لعام 2019)، مما يسمح بالتعبير عن الكلفن على النحو التالي: [ 2 ]

1  كلفن = ⁠1.380 649 × 10 −23 / (6.626 070 15 × 10 −34 )(9 192 631 770 ) ⁠ ⁠ ح Δ ν Cs / ك ب ⁠ ≈2.266 6653 ⁠ ح Δ ν Cs / ك ب ⁠ .

من الناحية العملية، وكما كان الهدف، [ 47 ] لم يُلاحظ التغيير إلى حد كبير: فالقيمة المختارة تتمتع بدقة كافية وعدد كافٍ من الأرقام المعنوية لضمان الاستمرارية، مما يضمن أن الماء لا يزال يتجمد عند درجة حرارة 0  مئوية بدقة عالية. [ 53 ] يكمن الاختلاف في حالة نقاط المرجعية. قبل إعادة التعريف، كانت النقطة الثلاثية للماء تُعتبر دقيقة، بينما كان لثابت بولتزمان قيمة مقاسة.1.38064903 (51) × 10−23 جول / كلفن ،  مع عدم يقين معياري نسبي قدره3.7 × 10⁻⁷ . [ 54 ] بعد ذلك، أصبح ثابت بولتزمان دقيقًا ، وانتقل عدم اليقين إلى النقطة الثلاثية للماء، والتي هي الآن273.1600(1)  K . [ a ]

على مستوى أعمق، يُعرَّف الكلفن الآن بدلالة الجول، مما يجعل وجود بُعد منفصل لدرجة الحرارة غير ضروري نظريًا. كان من الممكن إعادة تعريف الكلفن كوحدة مشتقة غير متماسكة من وحدات النظام الدولي للوحدات، حيث 1 كلفن =1.380649 × 10⁻²³ جول  . [ 45 ] [ 56 ] ومع ذلك، "لأسباب تاريخية وعملية على وجه الخصوص، سيظل الكلفن وحدة أساسية في النظام الدولي للوحدات". [ 57 ]

الاستخدامات العملية

درجة حرارة اللون (على اليمين) لمصادر الضوء المختلفة (على اليسار)

درجة حرارة اللون

يُستخدم الكلفن غالبًا كمقياس لدرجة حرارة لون مصادر الضوء. تعتمد درجة حرارة اللون على مبدأ أن الجسم الأسود يُصدر ضوءًا بتوزيع ترددي مميز لدرجة حرارته. الأجسام السوداء عند درجات حرارة أقل من حواليتبدو الألوان ذات درجة حرارة 4000  كلفن حمراء اللون، بينما تبدو الألوان التي تزيد درجة حرارتها عن ذلك حواليتبدو درجة حرارة اللون 7500  كلفن مائلة إلى الزرقة. وتُعد درجة حرارة اللون مهمة في مجالي عرض الصور والتصوير الفوتوغرافي، حيث تكون درجة حرارة اللون التقريبية 7500 كلفن مناسبة. يلزم استخدام درجة حرارة لونية 5600 كلفن لمطابقة مستحلبات الأفلام "النهارية".

في علم الفلك ، يعتمد تصنيف النجوم وموقعها على مخطط هرتزبرونغ-راسل ، جزئيًا، على درجة حرارة سطحها، المعروفة باسم درجة الحرارة الفعالة . فعلى سبيل المثال، تبلغ درجة الحرارة الفعالة للغلاف الضوئي للشمس 100 درجة مئوية.5772  ك [ 58 ] [ 59 ] [ 60 ] [ 61 ] كما تم اعتماده بموجب قرار الاتحاد الفلكي الدولي لعام 2015 B3.

تستخدم الكاميرات الرقمية وبرامج التصوير غالبًا درجة حرارة اللون بالكلفن في قوائم التحرير والإعداد. والقاعدة العامة هي أن ارتفاع درجة حرارة اللون ينتج صورةً ذات درجات بيضاء وزرقاء أكثر وضوحًا، بينما يؤدي انخفاضها إلى صورةٍ يغلب عليها اللون الأحمر، أي الألوان "الدافئة" .

الكلفن كوحدة لقياس درجة حرارة الضوضاء

في مجال الإلكترونيات ، يُستخدم الكلفن كمؤشر على مدى ضوضاء الدائرة الكهربائية مقارنةً بمستوى الضوضاء الأساسي ، أي درجة حرارة الضوضاء . تُعد ضوضاء جونسون-نايكويست للمقاومات (والتي تُنتج ضوضاء kTC مصاحبة عند دمجها مع المكثفات ) نوعًا من الضوضاء الحرارية المشتقة من ثابت بولتزمان، ويمكن استخدامها لتحديد درجة حرارة الضوضاء للدائرة باستخدام معادلات فريس للضوضاء .

الوحدات المشتقة ومضاعفات النظام الدولي للوحدات

الوحدة الوحيدة المشتقة من الكلفن في النظام الدولي للوحدات (SI) والتي تحمل اسمًا خاصًا مشتقًا من الكلفن هي درجة سيليزيوس. ومثل وحدات النظام الدولي الأخرى، يمكن تعديل الكلفن أيضًا بإضافة بادئة مترية تضربه في قوة من قوى العدد 10 .

مضاعفات الكلفن (K) في النظام الدولي للوحدات
المضاعفات الفرعيةمضاعفات
قيمةرمز النظام الدولي للوحداتاسمقيمةرمز النظام الدولي للوحداتاسم
10 −1  كلفنdKديكيلفن10 1  ألفداكديكاكلفن
10 −2  Kسي كيهسنتي كلفن10 2  ألفهونغ كونغهيكتوكيلفن
10 −3  كلفنmKملي كلفن10 3  ألفك ككيلوكلفن
10 −6  كلفنميكروكلفنميكروكلفن10 6  ألفإم كيهميغا كلفن
10 −9  كلفنnKنانوكلفن10 9  ألفحارس مرمىجيجا كلفن
10 −12  كلفنpKبيكوكيلفين10 12  ألفتي كيتيرا كلفن
10 −15  كلفنfKفيمتوكيلفين10 15  ألفPKبيتا كلفن
10 −18  كلفنAKأتوكيلفين10 18  ألفإي كيإكساكلفن
10 −21  كلفنzKزيبتوكيلفين10 21  ألفZKزيتاكلفن
10 −24  كلفنyKيوكتوكيلفين10 24  ألفYKيوتاكلفن
10 −27  كلفنrKرونتوكيلفين10 27  ألفآر كيروناكيلفين
10-30 كلفن​ qKكويكتوكيلفين10 30  ألفكيو كيهquettakelvin

التهجئة

وفقًا لاتفاقية النظام الدولي للوحدات (SI)، لا يُشار إلى الكلفن ولا يُكتب أبدًا على أنه درجة . لا تُكتب كلمة "كلفن" بحرف كبير عند استخدامها كوحدة قياس. يمكن استخدامها بصيغة الجمع حسب الاقتضاء (على سبيل المثال، "درجة الحرارة بالخارج 283 كلفن"، كما هو الحال في "درجة الحرارة 50 درجة فهرنهايت" و"10 درجات مئوية"). [ 5 ] [ 62 ] [ 63 ] [ 64 ] يُكتب رمز الوحدة K بحرف كبير، [ 39 ] وفقًا لاتفاقية النظام الدولي للوحدات التي تنص على كتابة رموز الوحدات المشتقة من أسماء أشخاص بحرف كبير. [ 65 ] من المتعارف عليه كتابة كلمة "كلفن" بحرف كبير عند الإشارة إلى اللورد كلفن [ 5 ] أو مقياس كلفن. [ 66 ]

يُشفّر رمز الوحدة K في يونيكود عند النقطة U+212A K KELVIN SIGN . مع ذلك، يُعدّ هذا الرمز رمز توافق مُقدّم لضمان التوافق مع التشفيرات القديمة. يوصي معيار يونيكود باستخدام U+004B K LATIN CAPITAL LETTER K بدلاً منه؛ أي الحرف K الكبير العادي . "تمّ منح ثلاثة رموز شبيهة بالأحرف تكافؤًا معياريًا مع الأحرف العادية: U+2126 Ω OHM SIGN ، وU+212A K KELVIN SIGN ، و U+212B Å ANGSTROM SIGN . في جميع هذه الحالات الثلاث، يجب استخدام الحرف العادي." [ 67 ]

انظر أيضاً

تشمل مقاييس درجة الحرارة القديمة ما يلي:

ملحوظات

  1. ↑ يمكن حساب عدم اليقين المطلق على النحو التالي: 273.16 ×3.7 × 10 −7  كلفن ، والتي يمكن تقريبها إلى0.10  ملي كلفن لجميع الأغراض العملية. [ 55 ]

مراجع

  1. 1 2 3 4 المكتب الدولي للأوزان والمقاييس (2019-05-20). "تطبيق عملي لتعريف الكلفن في النظام الدولي للوحدات" . BIPM.org . تاريخ الاسترجاع: 2022-02-18 .
  2. 1 2 3 4 5 6 "كتيب النظام الدولي للوحدات: النظام الدولي للوحدات (SI) - الطبعة التاسعة (محدثة في 2026)" . المكتب الدولي للأوزان والمقاييس . تاريخ الاسترجاع: 24 يوليو 2026 .
  3. ↑ "وحدة القياس الأساسية في النظام الدولي للوحدات: كلفن (K)" . المكتب الدولي للأوزان والمقاييس . تم الاطلاع عليه بتاريخ 5 مارس 2022 .
  4. 1 2 3 4 5 "نقطة تحول للبشرية: إعادة تعريف نظام القياس العالمي" . المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا . 12 مايو 2018. تاريخ الاسترجاع: 21 فبراير 2022 .
  5. 1 2 3 4 "كلفن: مقدمة" . المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا . 14 مايو 2018. تم الاطلاع عليه بتاريخ 2 سبتمبر 2022 .
  6. 1 2 طبعات موسوعة بريتانيكا من عشرينيات وخمسينيات القرن العشرين، مقالة "الكواكب".
  7. ↑ بنهام، إليزابيث (2020-10-06). "دحض الخرافات حول النظام المتري" . المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا . مدونة "القياس" (المدونة الرسمية للمعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا) . تاريخ الاسترجاع: 2022-02-21 .
  8. ↑ "دليل 44 - 2026 - الملحق ج - الجداول العامة لوحدات القياس" (ملف PDF) . nist.gov . المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا . تاريخ الاطلاع: 23 فبراير 2026 .
  9. ↑ "كيلفن: التاريخ" . المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا . 14 مايو 2018. تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 فبراير 2022 .
  10. ↑ دالتون، جون (1801). "المقال الثاني. حول قوة البخار أو البخار الناتج عن الماء وسوائل أخرى مختلفة، سواء في الفراغ أو في الهواء" . مذكرات الجمعية الأدبية والفلسفية في مانشستر . 5 الجزء 2: 550-574 .
  11. ↑ دالتون، جون (1801). "المقال الرابع. حول تمدد السوائل المرنة بالحرارة" . مذكرات الجمعية الأدبية والفلسفية في مانشستر . 5 الجزء 2: 595-602 .
  12. ^ جاي لوساك ، جوزيف لويس (1802) ، “Recherches sur la dilatation des gaz et des vapeurs”، Annales de Chimie ، XLIII : 137. ترجمة إنجليزية (مقتطف).
  13. ↑ Thomson 1882 ، ص 100–106.
  14. 1 2 ماجي، ويليام فرانسيس (1935). كتاب مرجعي في الفيزياء . ص 237. 
  15. ↑ طومسون 1882 ، ص 104 : "إذا دفعنا مبدأ التدرج الصارم، المذكور أعلاه، إلى حد كافٍ، فسنصل إلى نقطة تتوافق مع انخفاض حجم الهواء إلى الصفر، والتي سيتم تمييزها على أنها -273 درجة على المقياس (-100/·366، إذا كان ·366 هو معامل التمدد)؛ وبالتالي فإن -273 درجة على مقياس حرارة الهواء هي نقطة لا يمكن الوصول إليها عند أي درجة حرارة محدودة، مهما كانت منخفضة." 
  16. ↑ طومسون 1882 ، ص 104.
  17. ↑ طومسون 1882 ، ص 187.
  18. 1 2 Thomson 1882 ، ص. 106.
  19. ↑ طومسون 1882 ، ص 193.
  20. ↑ طومسون 1882 ، ص 212.
  21. ↑ طومسون 1882 ، ص 186.
  22. ↑ طومسون 1882 ، ص 192.
  23. ↑ طومسون 1882 ، ص 214-215.
  24. ↑ طومسون 1882 ، ص 213.
  25. ↑ طومسون 1882 ، ص 388.
  26. ↑ Thomson 1882 ، ص 105 : "النقاط العشوائية التي تتطابق على المقياسين هي 0° و 100°" 
  27. ↑ ساسلو ، دبليو إم (2020-01-07). "تاريخ الديناميكا الحرارية: الدليل المفقود" . إنتروبي . 22 (1). معادلة (36). Bibcode : 2020Entrp..22...77S . doi : 10.3390/e22010077 . PMC 7516509. PMID 33285852 .  
  28. ↑ Thomson 1882 ، ص 190 ، الصيغة (7).
  29. ↑ Thomson 1882 ، ص 106، 232–236.
  30. ↑ طومسون 1882 ، ص 234.
  31. ↑ وانغ، لين شو (2020). رسالة في الحرارة والطاقة . تشام: سبرينغر. ص 77. ISBN  9783030057466.
  32. ↑ طومسون 1882 ، ص 235.
  33. ↑ طومسون 1882 ، ص 236.
  34. ↑ تومسون، جيمس (1873). "دراسة كمية لبعض العلاقات بين الحالات الغازية والسائلة والصلبة لمادة الماء" . وقائع الجمعية الملكية في لندن . 22 : 28. Bibcode : 1873RSPS...22...27T . ISSN 0370-1662 . وبالتالي، فإن المنحنيات الثلاثة ستلتقي أو تتقاطع في نقطة واحدة، أسميتها النقطة الثلاثية . 
  35. 1 2 سوينتون، فلوريدا (سبتمبر 1967). "النقطة الثلاثية للماء" . مجلة التعليم الكيميائي . 44 (9): 541. Bibcode : 1967JChEd..44..541S . doi : 10.1021/ed044p541 . ISSN 0021-9584 . 
  36. ↑ "القرار رقم 3 الصادر عن المؤتمر العام التاسع للأوزان والمقاييس (1948)" . المكتب الدولي للأوزان والمقاييس . تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 فبراير 2022 .
  37. ↑ "القرار رقم 3 الصادر عن المؤتمر العام العاشر للأوزان والمقاييس (1954)" . المكتب الدولي للأوزان والمقاييس . تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 فبراير 2022 .
  38. ↑ "القرار 3: تعريف مقياس درجة الحرارة الديناميكي الحراري" . قرارات المؤتمر العام العاشر للأوزان والمقاييس. المكتب الدولي للأوزان والمقاييس. 1954. مؤرشف من الأصل بتاريخ 23-06-2007 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 06-02-2008 .
  39. 1 2 "القرار رقم 3 الصادر عن المؤتمر العام الثالث عشر للأوزان والمقاييس (1967)" . المكتب الدولي للأوزان والمقاييس . تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 فبراير 2022 .
  40. ↑ "القرار 3: وحدة النظام الدولي للوحدات لدرجة الحرارة الديناميكية الحرارية (كلفن)" . قرارات المؤتمر العام الثالث عشر للأوزان والمقاييس. المكتب الدولي للأوزان والمقاييس. 1967. مؤرشف من الأصل بتاريخ 21 أبريل 2007. تم الاطلاع عليه بتاريخ 6 فبراير 2008 .
  41. ↑ "القرار رقم 4 الصادر عن المؤتمر العام الثالث عشر للأوزان والمقاييس (1967)" . المكتب الدولي للأوزان والمقاييس . تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 فبراير 2022 .
  42. ↑ "القرار 4: تعريف وحدة النظام الدولي للوحدات لدرجة الحرارة الديناميكية الحرارية (كلفن)" . قرارات المؤتمر العام الثالث عشر للأوزان والمقاييس. المكتب الدولي للأوزان والمقاييس. 1967. مؤرشف من الأصل بتاريخ 15 يونيو 2007. تم الاطلاع عليه بتاريخ 6 فبراير 2008 .
  43. ↑ "القرار رقم 10 الصادر عن المؤتمر العام الثالث والعشرين للأوزان والمقاييس (2007)" . المكتب الدولي للأوزان والمقاييس . تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 فبراير 2022 .
  44. ↑ "وحدة درجة الحرارة الديناميكية الحرارية (كلفن)" . كتيب النظام الدولي للوحدات، الطبعة الثامنة . المكتب الدولي للأوزان والمقاييس. 1967. القسم 2.1.1.5. مؤرشف من الأصل بتاريخ 26-09-2007 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 06-02-2008 .
  45. 1 2 3 كالينين، م.؛ كونونوغوف، س. (2005). "ثابت بولتزمان، والمعنى الطاقي لدرجة الحرارة، وعدم انعكاسية الديناميكا الحرارية". تقنيات القياس . 48 (7): 632-636 . Bibcode : 2005MeasT..48..632K . doi : 10.1007/s11018-005-0195-9 . S2CID 118726162 . 
  46. ↑ كيتل، تشارلز؛ كرومر، هربرت (1980). الفيزياء الحرارية ( الطبعة الثانية). سان فرانسيسكو: دبليو إتش فريمان. ص 41. ISBN   0716710889نحن نفضل استخدام مقياس درجة حرارة أكثر طبيعية ... درجة الحرارة الأساسية لها وحدات الطاقة.
  47. ١ ٢ فيشر ج، وآخرون (٢٠٠٧-٠٥-٠٢). "تقرير إلى اللجنة الدولية للأوزان والمقاييس حول آثار تغيير تعريف وحدة الأساس كلفن" (ملف PDF) . اللجنة الدولية للأوزان والمقاييس (CIPM). مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ ٢٠١٢-٠٢-٠٨. 
  48. 1 2 إيان ميلز (29-09-2010). "مسودة الفصل الثاني لكتيب النظام الدولي للوحدات، بعد إعادة تعريف الوحدات الأساسية" (ملف PDF) . المكتب الدولي للأوزان والمقاييس . لجنة التنسيق المركزية. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 10-01-2011 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 01-01-2011 .
  49. ↑ «المؤتمر العام للأوزان والمقاييس يُقرّ التغييرات المُحتملة على النظام الدولي للوحدات، بما في ذلك إعادة تعريف الكيلوغرام» (ملف PDF) (بيان صحفي). سيفر، فرنسا: المؤتمر العام للأوزان والمقاييس . 23 أكتوبر 2011. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 9 فبراير 2012. تاريخ الاطلاع: 25 أكتوبر 2011 .
  50. ↑ وود، ب. (3-4 نوفمبر 2014). "تقرير عن اجتماع فريق عمل CODATA المعني بالثوابت الأساسية" (ملف PDF) . المكتب الدولي للأوزان والمقاييس . ص 3. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 13 أكتوبر 2015. "ثابت الغازات العام R وثابت بولتزمان k"
  51. ↑ "قيمة CODATA لعام 2022: ثابت بولتزمان" . مرجع المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) للثوابت والوحدات وعدم اليقين . المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا . مايو 2024. تاريخ الاسترجاع: 18 مايو 2024 .
  52. 1 2 "القرار رقم 1 الصادر عن المؤتمر العام السادس والعشرين للأوزان والمقاييس (2018)" . المكتب الدولي للأوزان والمقاييس . تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 فبراير 2022 .
  53. ↑ "تحديث تعريف الكلفن" (ملف PDF) . المكتب الدولي للأوزان والمقاييس . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 23 نوفمبر 2008. تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 فبراير 2010 .
  54. ↑ نيويل، د.ب.؛ كابياتي، ف.؛ فيشر، ج.؛ فوجي، ك.؛ كارشنبويم، س.ج.؛ مارغوليس، هـ.س.؛ دي ميرانداس، إ.؛ موهر، ب.ج.؛ نيز، ف.؛ باتشوكي، ك.؛ كوين، ت.ج.؛ تايلور، ب.ن.؛ وانغ، م.؛ وود، ب.م.؛ تشانغ، ز.؛ وآخرون . (فريق عمل الثوابت الأساسية التابع للجنة بيانات العلوم والتكنولوجيا (CODATA)) (29 يناير 2018). "قيم CODATA 2017 لـ h و e و k و N A لمراجعة النظام الدولي للوحدات" . مجلة Metrologia . 55 (1): L13– L16. Bibcode : 2018Metro..55L..13N . doi : 10.1088/1681-7575/aa950a . 
  55. ^ فيشر، ج. فيلموث، ب؛ جايزر، سي؛ زاندت، تي؛ بيتر ، إل. سباراسشي، ف؛ بليمر، دكتور في الطب؛ دي بوديستا، م؛ أندروود، ر. ساتون، ج؛ ماشين، جي؛ جافيوسو، آر إم؛ مادونا ريبا، د؛ ستور، جزء في المليون؛ تشو، ي. فنغ، XJ. تشانغ، J. مولدوفر، السيد؛ بنز، ليرة سورية. وايت، د. جيانفراني ، إل. كاستريللو، أ؛ موريتي، إل. داركيه، ب؛ مفرج، ه. دوسي، سي؛ بريودو، س؛ كوزلوفا، أو. ريسيغاري، إل؛ سيغوفيا، JJ. مارتن، MC. ديل كامبو ، د (2018/04/01). "مشروع بولتزمان" . علم القياس . 55 (2): ر1 – ر20. Bibcode : 2018Metro..55R...1F . doi : 10.1088/1681-7575/ aaa790 . PMC 6508687. PMID 31080297 .  
  56. ↑ موهر، بيتر جيه؛ شيرلي، إريك إل؛ فيليبس، ويليام دي؛ تروت، مايكل (2022-10-01). "حول أبعاد الزوايا ووحداتها" . مجلة القياسات . 59 (5): 053001. arXiv : 2203.12392 . Bibcode : 2022Metro..59e3001M . doi : 10.1088/1681-7575/ac7bc2 . كان بإمكان المجتمع العلمي اعتماد نظام وحدات تُقاس فيه درجة الحرارة بالجول، لكننا نجد أن قياسها بالكلفن أكثر ملاءمة.
  57. ↑ فيلموث، ب.؛ فيشر، ج.؛ ماشين، ج.؛ بيكارد، س.؛ ستور، ب.ب.م.؛ تامورا، أ.؛ وايت، د.ر.؛ يون، هـ. (28-03-2016). "إعادة تعريف الكلفن وتطبيقه العملي" . المعاملات الفلسفية للجمعية الملكية أ: العلوم الرياضية والفيزيائية والهندسية . 374 (2064). Bibcode : 2016RSPTA.37450037F . doi : 10.1098/rsta.2015.0037 . PMID 26903103 . 
  58. ↑ أوستلي، ديل أ. (2022). علم الفلك: سعي الإنسان نحو الفهم . مطبعة جامعة أكسفورد. ISBN 978-0-19-882582-1.
  59. ↑ "صحيفة حقائق صن" . مؤرشفة من الأصل بتاريخ 22-02-1998 . تم الاطلاع عليها بتاريخ 19-02-2022 .
  60. ↑ فولكنر، ديفيد إي. (2021-09-02). قصص علماء الفلك ونجومهم . سبرينغر. ISBN 978-3-030-80309-4.
  61. ↑ برشا، أندريه؛ هارمانيك، بيتر؛ توريس، غييرمو؛ ماماجيك، إريك؛ أسبلوند، مارتن؛ كابيتان، نيكول؛ كريستنسن-دالسغارد، يورغن؛ ديباني، إريك؛ هابررايتر، مارغيت؛ هيكر، ساسكيا؛ هيلتون، جيمس؛ كوب، غريغ؛ كوستوف، فيسلين؛ كورتز، دونالد دبليو؛ لاسكار، جاك؛ ماسون، برايان دي؛ ميلون، يوجين إف؛ مونتغمري، ميشيل؛ ريتشاردز، مرسيدس؛ شموتز، فيرنر؛ شو، يسبر؛ ستيوارت، سوزان جي. (2016). "القيم الاسمية لكميات مختارة من الشمس والكواكب: قرار الاتحاد الفلكي الدولي لعام 2015 B3 * † " . المجلة الفلكية . 152 (2): 41. أرخايف : 1605.09788 . دوى : 10.3847/0004-6256/152/2/41 .
  62. ↑ "دليل المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا للنظام الدولي للوحدات | الفصل 9: قواعد وأساليب كتابة أسماء الوحدات" ، NIST SP 811 ، 28-01-2016. عادةً ما تكون الوحدة المشتقة مفردة في اللغة الإنجليزية، على سبيل المثال، تُكتب القيمة 3 م² · ك/واط عادةً على النحو التالي: "ثلاثة أمتار مربعة كلفن لكل واط"، وتُكتب القيمة 3 كولوم·م² / فولت عادةً على النحو التالي: "ثلاثة كولوم متر مربع لكل فولت". مع ذلك، قد تكون الوحدة "المفردة" جمعًا؛ على سبيل المثال، تُكتب القيمة 5 كيلو باسكال على النحو التالي: "خمسة كيلو باسكال"، على الرغم من أن "خمسة كيلو باسكال" مقبولة. إذا كان العدد في حالة الوحدة المفردة أقل من واحد، فإن الوحدة تكون دائمًا مفردة عند كتابتها؛ على سبيل المثال، تُكتب 0.5 كيلو باسكال على النحو التالي: "خمسة أعشار كيلو باسكال".    
  63. ↑ "تعريف الكلفن" . Merriam-Webster.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 21-08-2023 .
  64. ↑ دليل أسلوب اللغة الإنجليزية لمركز سيرن (ملف PDF) . سيرن . 2022. ص 64. 
  65. ↑ "الكتابة باستخدام وحدات النظام الدولي (النظام المتري)" . المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا . 13-01-2010.
  66. ↑ برادي، جيمس إي.؛ سينيسي، فريد (28-01-2008). الكيمياء، دليل دراسة الطالب: دراسة المادة وتغيراتها . جون وايلي وأولاده. ص 15. ISBN  978-0-470-18464-6.
  67. ↑ "22.2". معيار يونيكود، الإصدار 8.0 (ملف PDF) . ماونتن فيو، كاليفورنيا، الولايات المتحدة الأمريكية: اتحاد يونيكود. أغسطس 2015. ISBN 978-1-936213-10-8تمت أرشفة الملف (PDF) من النسخة الأصلية بتاريخ 2016-12-06 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2015-09-06 .

فهرس