la unidad – kelvin, K (kelvin)

la unidad de temperatura del SI, EL kelvin (K), lleva el nombre del ingeniero y físico nacido en Belfast William Thomson, quien se convirtió en Lord Kelvin en 1892 como reconocimiento de sus logros en termodinámica.

por más de 60 años, el kelvin fue definido como la fracción 1/273.,16 de la temperatura termodinámica (TTPW) del punto triple del agua – una temperatura única en la que las tres fases del agua (sólido, líquido y vapor) coexisten en equilibrio. Como parte de una redefinición más amplia del SI que entró en vigor en mayo de 2019, se cambió la definición del kelvin, y ahora se expresa en términos de un valor fijo de la constante de Boltzmann, k. La definición oficial es la siguiente:

«El kelvin, símbolo K, es la unidad SI de temperatura termodinámica. Se define tomando el valor numérico fijo de la constante de Boltzmann k para ser 1.,380 649 × 10-23 expresado en la unidad J K–1, que es igual a kg m2 S–2 K–1, donde el kilogramo, el metro y el segundo se definen en términos de h, c y ΔνCs.»

la constante de Boltzmann aparece en todas las fórmulas físicas que describen los efectos físicos causados por la temperatura. Esto resulta de la forma en que se describe la temperatura – como un concepto termodinámico que caracteriza la energía cinética promedio de Pequeñas partículas en equilibrio térmico., Una de estas relaciones es la Ley de Boyle:

PV = nRT,

que relaciona la presión y el volumen de N átomos de un gas ideal con su temperatura. Desafortunadamente, ni los termómetros de gas, que explotan la Ley de Boyle, ni la mayoría de los otros termómetros termodinámicos, son lo suficientemente pequeños o convenientes para ser de uso práctico, y estos termómetros solo recientemente se han vuelto lo suficientemente precisos para satisfacer las necesidades de la ciencia y la industria. Los mejores experimentos con termómetros de gas requieren varios meses de trabajo y un equipo por valor de un millón de dólares para medir una sola temperatura.,

para superar esta limitación, la Asociación General de pesos y medidas (CGPM) definió una escala más práctica que se basa en temperaturas definidas para la fusión, congelación y puntos triples de sustancias puras. Además, aprobaron termómetros de interpolación para definir las temperaturas que caen entre estos puntos. Esta escala, que es reproducible a aproximadamente 1 mK para temperaturas por debajo de unos pocos cientos de grados centígrados, se actualiza aproximadamente cada 20 años. La versión actual se llama la escala internacional de temperatura de 1990, o ITS-90 (enlace externo)., Las temperaturas en ITS-90 se pueden expresar en kelvin o en grados Celsius; estas a veces se distinguen usando una T mayúscula y una T minúscula, respectivamente. Las dos unidades tienen el mismo tamaño(por lo que las diferencias de temperatura o intervalos son iguales en ambas unidades), pero los valores se compensan entre sí:

T / K = t/°c +273.15

Las Diferencias entre la escala de temperatura ITS-90 y la temperatura termodinámica se pueden encontrar aquí (Enlace Externo).,

La definición del kelvin que surgió en el Día Mundial de la metrología 2019 permitirá el desarrollo futuro de tecnologías que puedan mejorar la precisión de la medición de temperatura, libres de cualquier limitación derivada del uso de celdas de agua de triple punto. Esto es particularmente importante para mediciones muy lejos de TTPW – es decir, a temperaturas muy bajas (por debajo de ~20 K) y muy altas (por encima de ~1300 K) – ya que las incertidumbres aumentan con la extrapolación lejos del punto triple del agua., A estas temperaturas extremas, ya se ha demostrado la practicidad de la medición termodinámica y estos métodos ahora pueden aprovechar la nueva definición para lograr incertidumbres competitivas con ITS-90. Sin embargo, para la mayor parte de la gama de temperaturas, es probable que el punto triple del agua siga siendo la referencia práctica fundamental para el futuro previsible, y se espera que ITS-90 permanezca en vigor durante muchas décadas por venir.,

escala de temperatura ITS-90 que muestra los puntos fijos, los tipos de termómetros de interpolación y los rangos sobre los que se utilizan diferentes ecuaciones de interpolación. MSL cubre rangos desde el punto de argón hasta el punto de cobre.

capacidad técnica

somos expertos líderes en termometría de contacto, termometría de radiación y humedad, y ofrecemos una amplia gama de servicios de medición y consultoría relacionados con la temperatura., Podemos ayudarlo a comprender las limitaciones en la precisión de los termómetros industriales, identificar errores en las aplicaciones de la termometría de radiación o mejorar la precisión de las mediciones de humedad.,

proporcionamos un servicio de calibración que cubre los rangos de temperatura de -190 °C a 550 °C para termometría de contacto y de -25 °C a 1100 °C para termometría de radiación, y el rango de humedad relativa de 10% hr a 95% HR de -60 °C a 70 °C (consulte aquí nuestros servicios de calibración de temperatura y humedad)

nuestra investigación

nuestra investigación cubre una amplia gama de temas, desde mediciones industriales difíciles, caracterización de sensores, nueva calibración técnicas e instrumentos, Modelización Física y análisis de incertidumbre, a las definiciones fundamentales de las normas., Los temas de investigación incluyen:

• Errores de reflexión en termometría de radiación, para aplicaciones en las industrias petroquímica, de procesamiento de metales y alimentaria. Esto incluye los efectos de la emisividad y la función de distribución de reflectancia bidireccional (BRDF) de materiales industriales.
• limitaciones en la precisión de los termómetros industriales: efectos de inmersión, histéresis y efectos de envejecimiento en termopares.,
• utilizando el escaneo de homogeneidad de termopares para desarrollar una comprensión de los mecanismos de daño en termopares, y para desarrollar nuevos termopares de referencia de metales raros estables.
• ecuaciones de calibración y propagación de incertidumbre para termómetros de resistencia de platino estándar (SPRTs), termómetros de radiación y sensores de humedad.
• Propagation of uncertainty and covariance, using generalised least squares, in the IAPWS-95 thermodynamic equations of state for pure water and associated properties.,
• Desarrollo de un calibrador de Puente de Resistencia (RBC) basado en una técnica combinatoria utilizando cuatro resistencias de base estable.
• Efecto de Tamaño de fuente (SSE) y no linealidad en termómetros de radiación.
• Efectos de la composición isotópica y la disolución del vidrio en el triple punto del agua.
• nueva definición de humedad relativa basada en fugacidad.
• Uso de termometría de radiación de doble longitud de onda para medir la temperatura termodinámica.
• medición de la constante de Boltzmann utilizando la termometría de ruido de Johnson.,

publicaciones relevantes

Jifeng Qu, Samuel P Benz, Kevin Coakley, Horst Rogalla, Weston L Tew, Rod White, Kunli Zhou, Zhenyu Zhou, «An improved electronic determination of the Boltzmann constant by Johnson noise thermometry», Metrologia, 54, 549-558, 2017.

B Fellmuth, J Fischer, G Machin, SPicard, P P M Steur, o Tamura, D R White, H Yoon, «The kelvin redefinition and its Mise en Pratique», Philosophical Transactions of the Royal Society A. Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 374, article no. 20150037, 2016.,

R Feistel, R Wielgosz, S A Bell, M F Camões, J R Cooper, P Dexter, A G Dickson, P Fisicaro, A 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 Wolf, «metrological challenges for measurements of key climatological observables: oceanic salinidad y pH, y humedad atmosférica. Part 1: overview», Metrologia, 53, R1-R11, 2016.

J W Lovell-Smith, R Feistel, A H Harvey, o Hellmuth, S A Bell, M Heinonen, J R Cooper, «metrological challenges for measurements of key climatological observables., Part 4: atmospheric relative humidity», Metrologia, 53, R40-R59, 2016.

D R White, «Some mathematical properties of the ITS-90», in Temperature: Its Measurement and Control in Science and Industry, Vol. 8, edited by C W Meyer, AIP Conference Proceedings, Melville, New York, 81-88, 2013.

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G Machin, P Bloembergen, K Anhalt, J Hartmann, M Sadli, P Saunders, e Woolliams, y Yamada, H Yoon, «Practical implementation of the Mise en Pratique for the definition of the kelvin above the silver point», International Journal of Thermophysics, 31, 1779-1788, 2010.

D R White, w l Tew, «Improved estimates of the isotopic correction constants for the triple point of water», International Journal of Thermophysics, 31, 1644-1653, 2010.,

D R White, M Ballico, D del Campo, S Duris, e Filipe, «Uncertainties in the realization of the SPRT sub-ranges of the ITS-90», International Journal of Thermophysics, 28, 1868-1881, 2007.

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Vea un video corto sobre el Kelvin aquí (Enlace Externo).