קלווין

קלווין (Kelvin) היא יחידת מידה לטמפרטורה, אחת מיחידות מערכת היחידות הבין-לאומית הבסיסיות.

ערך זה עוסק ביחידת מידה לטמפרטורה. אם התכוונתם לפירוש אחר, ראו קלווין (פירושונים).

היחידה, המסומנת באות K, משמשת בעיקר לצרכים מדעיים ונקראת על־שם הפיזיקאי לורד קלווין (ויליאם תומסון). לורד קלווין היה הראשון שקבע ב־1841 את נקודת האפס על פי שיקולים מדעיים. נקודת אפס זו, הנקראת "האפס המוחלט", היא טמפרטורה של K‏ 0 או C°‏ 273.15−. זוהי הטמפרטורה בה כל תנועה תרמית נעלמת, על פי התיאור האינטואיטיבי של התרמודינמיקה. על פי תיאור זה, לא ניתן לרדת מתחת לנקודת האפס, ואף לא להגיע אליה ממש. עם זאת, על פי הגדרת הטמפרטורה ניתן לעשות זאת, והאפשרות להגיע לטמפרטורה שלילית אף הודגמה.^[1]

סולם קלווין מבוסס על סולם צלזיוס (יחידת קלווין היא בדיוק מעלת צלזיוס אחת), אך מודד את הטמפרטורה החל מהאפס המוחלט במקום מנקודת הקיפאון של המים. באופן היסטורי, נקבעה נקודת הקיפאון של המים כ־C°‏ 0, ולאחר ההבנה כי קיימת נקודת אפס מוחלט, חושב ערכה כ־C°‏ 273.15−, בקירוב.

ב־1948 שונו קלות הגדרות הסולמות: הנקודה המשולשת של המים נבחרה להיות נקודת הייחוס של טמפרטורות תרמודינמיות, ונקודת הקיפאון של המים, C°‏ 0, נקבעה ב־C°‏ 0.01 מתחת לנקודה המשולשת. ב־1954 הוגדר הקלווין מחדש במדויק מתוך קביעה כי הטמפרטורה של הנקודה המשולשת של המים היא בדיוק K‏ 273.16 (והאפס המוחלט הוא בדיוק K‏ 0).

מאחר שהנקודה המשולשת של המים נקבעה שרירותית כ־C°‏ 0.01, נובע כי ההפרש בין הסולמות הוא בדיוק 273.15.

כמו כן, מפני שישנו קשר בין טמפרטורה לבין אנרגיה, כאשר הטמפרטורה היא K‏ 0, אין אנרגיה במערכת לאף מולקולה. כשם שיחידות טמפרטורה הן מדד לייצוג חום במערכת, גם יחידות של אנרגיה מסוגלות לייצג חום, בין יחידת האנרגיה המקובלת ביחידות הסטנדרטיות (SI) – הג'אול, ובין יחידת הקלווין ישנו יחס המרה קבוע (קשר ליניארי) שערכו הוא קבוע בולצמן. כיוון שטמפרטורה של חומר היא האנרגיה הקינטית הממוצעת של חלקיקיו, ואנרגיה קינטית מוגדרת על ידי $E_{k}={\frac {1}{2}}mv^{2}$ , הרי שניתן למדוד את מהירות המולקולות בחומר באמצעות טמפרטורה.