Nhiệt độ là một trong những đại lượng vật lý quan trọng, được sử dụng rộng rãi trong đời sống và khoa học. Để đo chính xác, hệ SI đã quy định đơn vị chuẩn riêng cho nhiệt độ. Vậy đó là đơn vị nào?
Giới thiệu về đơn vị đo nhiệt độ SI Kelvin
Kelvin là gì?
Kelvin là đơn vị cơ bản của nhiệt độ trong Hệ đơn vị Quốc tế (SI), được đặt theo tên của nhà vật lý William Thomson, Nam tước Kelvin thứ nhất.
Không giống như độ C hay độ F, thang đo Kelvin là một thang đo tuyệt đối. Điều này có nghĩa là điểm 0 Kelvin (0 K) đại diện cho nhiệt độ thấp nhất có thể đạt được trong vũ trụ, được gọi là không độ tuyệt đối (absolute zero). Tại nhiệt độ này, mọi chuyển động của các hạt (nguyên tử, phân tử) đều ngừng lại hoàn toàn.
Không có dấu độ (°) khi viết Kelvin, chỉ viết "K" (ví dụ: 10 K chứ không phải 10∘K).
Dụng cụ đo Kelvin
Cặp nhiệt điện (Thermocouple):
Là cảm biến đo nhiệt độ gồm hai kim loại khác nhau nối lại. Dựa vào hiệu điện thế sinh ra bởi sự chênh lệch nhiệt độ (hiện tượng Seebeck), thiết bị tính toán và hiển thị nhiệt độ theo đơn vị Kelvin. Ưu điểm: đo trong dải nhiệt rộng, ổn định, chịu môi trường khắc nghiệt.
Nhiệt kế hồng ngoại (Infrared Thermometer):
Dùng cảm biến đo bức xạ hồng ngoại phát ra từ vật thể để tính nhiệt độ. Thiết bị không cần tiếp xúc trực tiếp, phù hợp đo từ xa, kể cả trong y tế hoặc công nghiệp. Kết quả có thể chuyển đổi sang đơn vị Kelvin.
Quang phổ kế (Spectrometer):
Phân tích ánh sáng phát ra từ vật thể, xác định bước sóng tập trung năng lượng lớn nhất, từ đó tính được nhiệt độ tuyệt đối theo công thức vật lý (liên quan đến bức xạ vật đen). Dùng để đo nhiệt độ các ngôi sao hay vật thể phát sáng từ xa.
>>> Xem thêm tại: Kim loại nào có khả năng dẫn điện tốt nhất
Thang đo Kelvin khác gì với Celsius và Fahrenheit?
Thang đo Kelvin có cùng độ lớn đơn vị với thang đo Celsius. Điều này có nghĩa là, sự thay đổi 1∘C cũng chính là sự thay đổi 1 K.
Công thức chuyển đổi rất đơn giản:
+ T(K)=T(∘C)+273.15
+ Ví dụ: 0∘C (điểm đóng băng của nước) tương đương với 273.15 K.
+ 100∘C (điểm sôi của nước) tương đương với 373.15 K.
+ Điểm không độ tuyệt đối (0 K) tương đương với −273.15∘C.
Tầm quan trọng của Kelvin và ứng dụng
Việc hiểu về Kelvin không chỉ giúp chúng ta biết đơn vị đo nhiệt độ theo hệ SI là gì mà còn nhận ra vai trò thiết yếu của nó trong nhiều lĩnh vực.
Khoa học và nghiên cứu:
Vật lý và Hóa học: Kelvin được sử dụng rộng rãi trong các công thức và định luật vật lý, hóa học, đặc biệt là trong nhiệt động lực học, nghiên cứu vật liệu ở nhiệt độ thấp (siêu dẫn, siêu lỏng), và các phản ứng hóa học. Vì Kelvin là thang đo tuyệt đối, nó loại bỏ sự phức tạp của các giá trị âm, làm cho các phép tính trở nên chính xác và dễ dàng hơn.
Thiên văn học: Nhiệt độ của các ngôi sao, hành tinh và không gian vũ trụ thường được biểu thị bằng Kelvin do tính chất tuyệt đối và khả năng mô tả các nhiệt độ cực đoan.
Kỹ thuật và công nghiệp:
Hệ thống làm lạnh và đông lạnh: Trong các ngành công nghiệp đòi hỏi nhiệt độ cực thấp (ví dụ: sản xuất khí hóa lỏng, nghiên cứu cryogenics), Kelvin là đơn vị tiêu chuẩn.
Chiếu sáng (Nhiệt độ màu): Trong ngành công nghiệp chiếu sáng và nhiếp ảnh, nhiệt độ màu của ánh sáng được đo bằng Kelvin. Ví dụ, ánh sáng trắng ấm có nhiệt độ màu khoảng 2700 K−3000 K, trong khi ánh sáng trắng lạnh có thể lên đến 5000 K−6500 K.
So sánh và chuẩn hóa quốc tế:
Là đơn vị trong hệ SI, Kelvin đảm bảo sự nhất quán và chuẩn hóa trong việc trao đổi dữ liệu khoa học và kỹ thuật trên toàn cầu, loại bỏ sự nhầm lẫn khi chuyển đổi giữa các thang đo khác nhau.
Giáo dục:
Trong các chương trình giáo dục khoa học từ phổ thông đến đại học, Kelvin là một phần không thể thiếu khi giảng dạy về nhiệt độ và năng lượng.
>>> Xem thêm tại: Hỗn hợp nào có thể lọc để tách các chất ra?
Trong hệ đo lường quốc tế (SI), Kelvin là đơn vị chuẩn dùng để đo nhiệt độ. Việc thống nhất đơn vị giúp tăng độ chính xác và dễ dàng hơn trong nghiên cứu, học tập và ứng dụng thực tế.
