Visualizza wikitesto di Kelvin

{{Nota disambigua}}
{{unità
|nome = kelvin
|immagine = CelsiusKelvinThermometer.jpg
|didascalia = Termometro con due scale: gradi Celsius e kelvin
|sistema = [[Sistema internazionale di unità di misura|SI]]
|unità_derivata = 
|grandezza = [[temperatura]]
|simbolo = K
|eponimo = [[William Thomson, I barone Kelvin]]
|unità_base = 
|conversione_SI = 
|conversione_CGS = 
|conversione_MTS = 
|conversione_US_Imp = {{M|1.8}} (&minus;{{M|459.67}}) [[Grado Fahrenheit|°F]]
|conversione_P = ≈{{M|7.058|e=-33}} [[temperatura di Planck|T<sub>P</sub>]]
}}
Il '''kelvin''' (simbolo '''K''', a volte erroneamente indicato con °K) è un'[[unità di misura]] della [[temperatura]] che appartiene alle sette unità base del [[sistema internazionale di unità di misura]].<ref name="iupac">{{en}} [http://goldbook.iupac.org/K03374.html IUPAC Gold Book, "kelvin"]</ref>

== Definizione ==
Nel 2018, la 26ª [[Conferenza generale dei pesi e delle misure]] ha modificato la definizione dell'unità di misura di temperatura riducendola alle unità di misura meccaniche del sistema internazionale (secondo, metro, chilogrammo)<ref name="26_CGPM_RES1">{{Cita web|url=https://www.bipm.org/en/CGPM/db/26/1/|titolo=BIPM - Resolution 1 of the 26th CGPM|lingua=en|accesso=22 marzo 2019|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20210204120336/https://www.bipm.org/en/CGPM/db/26/1/|urlmorto=sì}}</ref>, sfruttando il [[teorema di equipartizione dell'energia]] della [[meccanica statistica]]. Un kelvin è la differenza di [[temperatura termodinamica]] corrispondente a una differenza di [[energia termica]] pari a <math>k_B T</math>, dove <math>k_B</math> è il valore della [[costante di Boltzmann]] in [[joule]]/kelvin. Il valore della costante, che finora non era ancora stato misurato con sufficiente precisione e variava ancora leggermente da una conferenza all'altra, è finalmente considerabile sufficientemente stabile: la costante di Boltzmann ora per definizione corrisponde a <math>1,380649 \times 10^{-23} J/K</math>.

=== Storia ===
La (ri-)definizione immediatamente precedente del kelvin era stata adottata nel 1954 dalla 10ª ''[[CGPM|Conférence générale des poids et mesures]]'', ed era di "<math>\frac{1}{273,16}</math> della [[temperatura assoluta]] del [[punto triplo]] dell'[[acqua]]".<ref name="iupac" />
<!-- 1/273,16 E' CORRETTO! VEDI ANCHE http://www.bipm.org/en/si/si_brochure/chapter2/2-1/kelvin.html -->

Per "temperatura assoluta" si intende la [[Differenza di temperatura|differenza fra la temperatura]] indicata (in questo caso quella del [[punto triplo]] dell'acqua: <math>0,01\mathrm {^oC}</math>) e quella dello [[zero assoluto]] <math>(-273,15\mathrm{^oC})</math>. Lo zero della scala kelvin è infatti lo zero assoluto: è una scala di temperatura assoluta, come la scala [[Rankine]].

Per capire il livello di precisione richiesto nella definizione di una unità di misura, nel suo meeting del 2005 il [[CIPM|Comité International des Poids et Mesures]] ha aggiunto la seguente precisazione alla definizione di kelvin indicata sopra:
:"Questa definizione si riferisce ad acqua avente una composizione isotopica definita esattamente dai seguenti rapporti di sostanze:
*<math>0,00015576</math> [[Mole|moli]] di <chem>^{2}H</chem> per mole di <chem>^{1}H</chem>, 
*<math>0,0003799</math> moli di <chem>^{17}O</chem> per mole di <chem>^{16}O</chem>, e 
*<math>0,0020052</math> moli di <chem>^{18}O</chem> per mole di <chem>^{16}O</chem>".<ref>[http://www.bipm.org/en/si/si_brochure/chapter2/2-1/kelvin.html BIPM - kelvin<!-- Titolo generato automaticamente -->]</ref>

Questo perché variazioni nelle concentrazioni (minime, come si vede dalla precisazione) di [[isotopi]] dell'[[idrogeno]] <math>(\mathrm{H})</math> e dell'[[ossigeno]] <math>(\mathrm{O})</math> nell'acqua comportano variazioni nella temperatura del suo punto triplo che non sono tollerabili oggi nella definizione di questa unità di temperatura.

Questa unità di misura prende il nome dal fisico e ingegnere irlandese [[William Thomson]], nominato [[barone]] con il nome di Lord Kelvin. Egli propose per primo questa definizione nel 1848, partendo dalla considerazione termodinamica che esiste una temperatura minima assoluta, lo zero assoluto. Per praticità è stata però mantenuta invariata, rispetto alla preesistente scala [[Celsius]], la dimensione di una unità <math>(\Delta1 \mathrm{K} \equiv \Delta1 {\mathrm{^oC}})</math>: in questo modo le differenze di temperatura nelle scale Celsius e kelvin sono numericamente uguali.

{| class="wikitable" style="float:centre"
|+ style="margin-bottom:5px;"| Formule per convertire le temperature da/a kelvin
|-
! Conversione da
! a
! Formula
|-
||kelvin ||grado Celsius || <math>T_{({\mathrm{^oC}})}=T_{(K)}-273,15</math>
|-
||grado Celsius ||kelvin || <math>T_{(K)}=T_{(\mathrm{^oC})}+273,15</math>
|-
||kelvin ||grado [[Fahrenheit]] || <math>T_{(\mathrm{^oF})}=(T_{(K)}\cdot 1,8)-459,67</math>
|-
||grado Fahrenheit ||kelvin || <math>T_{(K)}=\frac {T_{(\mathrm{^oF})}+459,67}{1,8}</math>
|}

Mentre la scala Celsius è pratica dal punto di vista umano, in quanto si basa sulla temperatura di fusione del ghiaccio e di ebollizione dell'acqua (che sono temperature di cui si ha quotidianamente esperienza diretta), quella kelvin è più rigorosa (prende atto esplicitamente della presenza di un minimo assoluto di temperatura) e si presta a essere usata come unità di misura facilmente riproducibile. Infatti la temperatura del punto triplo dell'acqua è una quantità auto-consistente, che non richiede altre definizioni (o quasi, si veda sotto), mentre la temperatura di fusione e di ebollizione richiedono di specificare le [[condizioni normali]] (specialmente di [[pressione]]) a cui il processo di fusione o ebollizione avviene.

La scala kelvin, avendo per zero lo zero assoluto è a volte detta ''scala assoluta'' (infatti non c'è temperatura più bassa di <math>-273,15\mathrm{\ ^oC}</math>). La scala di temperatura Celsius e il grado Celsius sono comunque accettati, ma come unità derivata, e sono definiti rispetto al kelvin.

Nella tredicesima Conferenza generale dei pesi e delle misure si è deciso di abbandonare il termine "grado" per riferirsi alla scala kelvin e corrispondentemente il simbolo <math>^{\circ}</math>, che invece rimane per le scale Fahrenheit <math>(\mathrm{^oF})</math> e Celsius <math>(\mathrm{^oC})</math>.

Altre scale di temperatura sono: [[scala Newton|Newton]] (ca. 1700), [[Grado Rømer|Rømer]] (1701), Fahrenheit (1724), [[Réaumur]] (1732), [[Scala Delisle|Delisle]] o de Lisle (1738), Celsius (1742), Rankine (1859) e [[scala Leiden|Leyden]] (circa 1894?).

In [[Italia]] la scala termodinamica delle temperature è attuata mediante i campioni dell'ex [[Istituto di metrologia Gustavo Colonnetti]] del [[Consiglio Nazionale delle Ricerche|CNR]], a [[Torino]], facente ora parte del nuovo [[Istituto nazionale di ricerca metrologica]] (INRiM).

== Conversione tra le scale di temperature ==
A differenza della maggior parte delle conversioni tra diverse unità di misura delle grandezze fisiche, per le quali è sufficiente moltiplicare o dividere per un certo fattore, le conversioni tra [[Temperatura#Unità di misura della temperatura|diverse scale di temperature]] possono coinvolgere un termine che va sommato o sottratto oltre a un fattore moltiplicativo; questo deriva dal fatto che le diverse scale di temperature definiscono uno "zero" differente. Inoltre il sistema di misurazione ''kelvin'' fa riferimento a un particolare "zero", che è lo zero assoluto, e corrisponde alla più bassa temperatura che teoricamente si possa ottenere in qualsiasi sistema macroscopico. Questo fa sì che la temperatura misurata in "kelvin" sia detta [[temperatura assoluta]], e sempre per lo stesso motivo non si antepone al simbolo del kelvin <math>(K)</math> il simbolo di grado <math>(\mathrm{^o})</math>, che invece viene anteposto ai simboli delle scale Celsius <math>(\mathrm{^oC})</math> e Fahrenheit <math>(\mathrm{^oF})</math>.

Anche se la scala Celsius e la scala Kelvin hanno dei riferimenti differenti, i valori degli intervalli di temperatura (cioè le differenze di temperatura) misurati con le due scale coincidono. Questo vuol dire che, mentre una temperatura <math>T</math> di <math>25,00\mathrm{^oC}</math> corrisponde a <math>298,15 \mathrm{K}</math>, una differenza di temperatura <math>\Delta T</math> di <math>25,00\mathrm{^oC}</math> corrisponde esattamente a <math>25,00 \mathrm {K}</math>.

=== Esempi ===
Il [[punto di fusione]] del ghiaccio corrisponde a una temperatura di <math>0\mathrm{^oC}</math>. Per convertire questo valore in kelvin, bisogna sommare a questo valore <math>273,15</math>, per cui:

:<math>0 \mathrm{^oC} = (0 + 273,15) \mathrm{\ K} = 273,15 \mathrm{\ K}</math>

La [[Gradiente di temperatura|differenza di temperatura]] di <math>0\mathrm{^oC}</math> corrisponde invece a una [[trasformazione isoterma]] (cioè a temperatura costante), e in kelvin corrisponde a una differenza di temperatura di <math>0 \mathrm{K}</math>.

Per convertire in gradi Celsius una temperatura espressa in kelvin bisogna invece sottrarre il valore di <math>273,15</math>. Per esempio, una temperatura di <math>6000 \mathrm{K}</math> corrisponde a:

:<math>6000 \mathrm{K} = (6000,00-273,15) \mathrm{^oC} = 5726,85 \mathrm{^oC}</math>

Si nota quindi che il valore della temperatura espressa in kelvin è sempre maggiore del valore della stessa temperatura espressa in gradi Celsius.

In analogia all'esempio precedente, la temperatura di <math>6000,00\mathrm{^oC}</math> è pari a <math>6273,15\mathrm{K}</math>.

Da questi esempi risulta chiaro che bisogna prestare particolare attenzione durante la conversione al fatto che la quantità che vogliamo convertire sia una [[temperatura]] (per esempio la [[temperatura corporea]] a un dato istante o la temperatura di un determinato punto di una stanza in un determinato momento) oppure una [[Gradiente di temperatura|differenza di temperatura]] (per esempio l'[[escursione termica]] in un determinato luogo tra giorno e notte o la differenza di temperatura tra due pareti opposte di una stanza).

Dato che il valore unitario di kelvin e gradi Celsius è il medesimo, occorre anche tener presente il numero di [[cifra significativa|cifre significative]] di ciò che si intende convertire. Infatti se si dichiara, ad esempio, che la [[temperatura di colore]] (della [[fotosfera]]) della stella [[Saiph]] è di circa <math>26000\mathrm{K}</math>, solo le prime due cifre sono significative ed è quindi corretto affermare che tale temperatura è pari a <math>26000\mathrm{^oC}</math>.

== Note ==
<references/>

== Voci correlate ==
* [[Temperatura]]
* [[Zero assoluto]]
* [[Lord Kelvin]]
* [[Temperatura assoluta]]
* [[Temperatura di colore]]

== Altri progetti ==
{{interprogetto|wikt}}

== Collegamenti esterni ==
* {{cita web|url=http://www.bipm.org/|titolo=Sito del Bureau international des poids et mesures|lingua=en, fr}}
* {{cita web|url=http://www.inrim.it/index_i.shtml|titolo=Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica|urlmorto=sì|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20070826162145/http://www.inrim.it/index_i.shtml}}
* {{cita web|url=http://www.imgc.cnr.it/|titolo=Istituto di Metrologia Gustavo Colonnetti}}

{{Scale di temperatura}}
{{Unità di misura}}
{{Portale|fisica|metrologia}}

[[Categoria:Unità di misura SI di base]]
[[Categoria:Unità di temperatura]]
[[Categoria:William Thomson, I barone Kelvin]]