L’unità – kelvin, K (kelvin)

L’unità di temperatura SI, la kelvin (K), prende il nome dall’ingegnere e fisico di Belfast William Thomson, che divenne Lord Kelvin nel 1892 come riconoscimento dei suoi risultati in termodinamica.

Per più di 60 anni, il kelvin è stato definito come la frazione 1/273.,16 della temperatura termodinamica (TTPW) del punto triplo dell’acqua – una temperatura unica alla quale le tre fasi dell’acqua (solido, liquido e vapore) coesistono in equilibrio. Come parte di una più ampia ridefinizione del SI entrata in vigore nel maggio 2019, la definizione di kelvin è stata modificata, ed è ora espressa in termini di un valore fisso della costante di Boltzmann, k. La definizione ufficiale è la seguente:

“Il kelvin, simbolo K, è l’unità SI della temperatura termodinamica. È definito prendendo il valore numerico fisso della costante di Boltzmann k per essere 1.,380 649 × 10-23 se espresso nell’unità J K-1, che è uguale a kg m2 s-2 K-1, dove il chilogrammo, il metro e il secondo sono definiti in termini di h, c e ΔνCs.”

La costante di Boltzmann si presenta in tutte le formule fisiche che descrivono gli effetti fisici causati dalla temperatura. Ciò deriva dal modo in cui viene descritta la temperatura – come un concetto termodinamico che caratterizza l’energia cinetica media di piccole particelle in equilibrio termico., Una di queste relazioni è la legge di Boyle:

PV = nRT ,

che mette in relazione la pressione e il volume di n atomi di un gas ideale alla sua temperatura. Sfortunatamente, né i termometri a gas, che sfruttano la Legge di Boyle, né la maggior parte degli altri termometri termodinamici, sono sufficientemente piccoli o convenienti per essere di uso pratico, e questi termometri sono diventati solo di recente abbastanza precisi da soddisfare le esigenze della scienza e dell’industria. I migliori esperimenti di termometro a gas richiedono diversi mesi di lavoro e un milione di dollari di attrezzature per misurare una singola temperatura.,

Per superare questa limitazione, la Conferenza generale sui pesi e misure (CGPM) ha definito una scala più pratica basata su temperature definite per la fusione, il congelamento e i punti tripli delle sostanze pure. Inoltre, hanno approvato termometri interpolanti per definire le temperature che cadono tra questi punti. Questa scala, che è riproducibile a circa 1 mK per temperature inferiori a poche centinaia di gradi Celsius, viene aggiornata approssimativamente ogni 20 anni. La versione attuale è chiamata Scala di temperatura internazionale del 1990, o ITS-90 (collegamento esterno)., Le temperature su ITS-90 possono essere espresse in kelvin o in gradi Celsius; queste sono talvolta distinte usando rispettivamente una T maiuscola e una t minuscola. Le due unità hanno la stessa dimensione (in modo che le differenze di temperatura o gli intervalli siano uguali in entrambe le unità), ma i valori sono sfalsati l’uno dall’altro:

T / K = t/°C +273.15

Le differenze tra la scala di temperatura ITS-90 e la temperatura termodinamica possono essere trovate qui(link esterno).,

La definizione del kelvin che è nata in occasione della Giornata Mondiale della Metrologia 2019 consentirà il futuro sviluppo di tecnologie che possano migliorare l’accuratezza della misurazione della temperatura, senza limitazioni derivanti dall’uso di celle a triplo punto d’acqua. Ciò è particolarmente importante per misurazioni ben lontane da TTPW – cioè a temperature molto basse (inferiori a ~20 K) e molto alte (superiori a ~1300 K) – poiché le incertezze aumentano con l’estrapolazione dal punto triplo dell’acqua., A queste temperature estreme, la praticità della misurazione termodinamica è già stata dimostrata e questi metodi possono ora sfruttare la nuova definizione per ottenere incertezze competitive con ITS-90. Tuttavia, per la maggior parte della gamma di temperature, il punto triplo dell’acqua rimarrà probabilmente il riferimento pratico fondamentale per il prossimo futuro, e ITS-90 dovrebbe rimanere in vigore per molti decenni a venire.,

ITS-90 scala di temperatura che mostra i punti fissi, i tipi di termometro interpolanti e gli intervalli su cui vengono utilizzate diverse equazioni di interpolazione. MSL copre varia dal punto di argon al punto di rame.

Capacità tecnica

Siamo esperti leader in termometria a contatto, termometria a radiazione e umidità e forniamo una vasta gamma di servizi di misurazione e consulenza relativi alla temperatura., Possiamo aiutarvi a comprendere le limitazioni nella precisione dei termometri industriali, identificare gli errori nelle applicazioni della termometria a radiazione o migliorare l’accuratezza delle misurazioni dell’umidità.,

fornire un servizio di calibrazione che copre le gamme di temperature -190 °C a 550 °C per contatto termometria e -25 °C a 1100 °C per termometria a radiazione, e l’intervallo di umidità relativa da 10 % RH-95 % RH da -60 °C a 70 °C (vedere qui per la nostra Temperatura e Umidità servizi di calibrazione)

la Nostra Ricerca

la Nostra ricerca, che copre una vasta gamma di argomenti, dalla difficile industriale misurazioni, sensore di caratterizzazione, di nuove tecniche di calibrazione e strumenti, modelli fisici e di analisi delle incertezze, alle fondamentali definizioni delle norme., Gli argomenti di ricerca includono:

• Errori di riflessione nella termometria delle radiazioni, per applicazioni nell’industria petrolchimica, nella lavorazione dei metalli e nell’industria alimentare. Ciò include gli effetti dell’emissività e della funzione di distribuzione bidirezionale della riflettanza (BRDF) dei materiali industriali.
• Limitazioni nella precisione dei termometri industriali-effetti di immersione, isteresi ed effetti di invecchiamento nelle termocoppie.,
• Utilizzando la scansione di omogeneità della termocoppia per sviluppare una comprensione dei meccanismi di danno nelle termocoppie e per sviluppare nuove termocoppie di riferimento in metallo raro stabile.
• Equazioni di calibrazione e propagazione dell’incertezza per termometri standard a resistenza al platino (SPRT), termometri a radiazione e sensori di umidità.
• Propagazione dell’incertezza e della covarianza, utilizzando i minimi quadrati generalizzati, nelle equazioni di stato termodinamiche IAPWS-95 per l’acqua pura e le proprietà associate.,
• Sviluppo di un calibratore a ponte di resistenza (RBC) basato su una tecnica combinatoria che utilizza quattro resistori di base stabili.
• Effetto SSE (Size-of-source Effect) e non linearità nei termometri a radiazione.
• Effetti della composizione isotopica e della dissoluzione del vetro sul punto triplo dell’acqua.
• Nuova definizione di umidità relativa basata sulla fugacità.
• Uso della termometria a radiazione a doppia lunghezza d’onda per misurare la temperatura termodinamica.
• Misurazione della costante di Boltzmann mediante la termometria del rumore di Johnson.,

Pubblicazioni rilevanti

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R Feistel, R Wielgosz, S Una Campana, M F Camões, J R Cooper, P Dexter, Un G Dickson, P Fisicaro, Un H Harvey, M Heinonen, O Hellmuth, H-J Kretzschmar, J W Lovell-Smith, T J McDougall, R Pawlowicz, P Ridout, S Seitz, P Spitzer, D Stoica, H Lupo, “Metrologiche sfide per le misure di chiave climatologiche osservabili: oceanic salinità e pH e umidità atmosferica. Parte 1: panoramica”, Metrologia, 53, R1-R11, 2016.

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Guarda un breve video sul Kelvin qui (link esterno).