Đơn vị Kelvin là gì?

Kelvin (ký hiệu: K) là đơn vị cơ bản của nhiệt độ trong Hệ đơn vị quốc tế (SI). Thang đo Kelvin là thang nhiệt độ tuyệt đối, bắt đầu từ nhiệt độ thấp nhất có thể đạt được (tuyệt đối không), được quy ước là 0 K. Theo định nghĩa, thang Celsius (ký hiệu °C) và thang Kelvin có độ lớn bằng nhau; nghĩa là mức tăng 1 K tương đương với mức tăng 1 °C, và ngược lại.

Lịch sử hình thành và phát triển

Trong thế kỷ 18, nhiều thang đo nhiệt độ đã được phát triển, đáng chú ý là Fahrenheit và Celsius (sau này là Celsius). Các thang đo này ra đời trước phần lớn khoa học nhiệt động lực học hiện đại, bao gồm: thuyết nguyên tử và thuyết động học chất khí, vốn là nền tảng cho khái niệm độ không tuyệt đối

Thế kỷ 19, Nhà khoa học người Anh – Lord Kelvin là người đầu tiên phát triển và đề xuất thang đo này.Trong đầu thế kỷ 20, thang đo này thường được gọi là “thang Celsius tuyệt đối”.

Đơn vị kelvin được chính thức thêm vào Hệ đơn vị quốc tế (SI) vào năm 1954, trong đó quy định 273,16 K là điểm ba thể của nước.Từ định nghĩa này, các thang Celsius, Fahrenheit và Rankine được định nghĩa lại dựa trên thang Kelvin.

Trong bản sửa đổi Hệ SI năm 2019, đơn vị kelvin được định nghĩa lại theo năng lượng bằng cách cố định hằng số Boltzmann. Theo đó, mỗi sự thay đổi 1 K trong nhiệt độ nhiệt động học tương ứng với sự thay đổi năng lượng nhiệt kBT bằng đúng 1,380649×10⁻²³ joule.

Ứng dụng thực tế của đơn vị Kelvin

Nhiệt độ màu

Đơn vị kelvin thường được dùng để đo nhiệt độ màu của các nguồn sáng.

Khái niệm nhiệt độ màu dựa trên nguyên lý rằng một vật đen tuyệt đối (black body radiator) sẽ phát ra ánh sáng có phổ tần số đặc trưng cho nhiệt độ của nó.

• Các vật đen có nhiệt độ dưới khoảng 4000 K thường có ánh sáng ngả đỏ,
• Trong khi những vật có nhiệt độ trên khoảng 7500 K lại ngả xanh lam.

Nhiệt độ màu đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực trình chiếu hình ảnh và nhiếp ảnh, nơi mà nhiệt độ màu khoảng 5600 K được xem là tương ứng với ánh sáng ban ngày trong phim hoặc cảm biến máy ảnh.

Trong thiên văn học, phân loại sao và vị trí của chúng trên biểu đồ Hertzsprung–Russell được xác định một phần dựa trên nhiệt độ bề mặt của sao, được gọi là nhiệt độ hiệu dụng.

Ví dụ: quang quyển của Mặt Trời có nhiệt độ hiệu dụng là 5772 K, theo Nghị quyết B3 năm 2015 của IAU.

Các máy ảnh kỹ thuật số và phần mềm chỉnh sửa ảnh thường cho phép điều chỉnh nhiệt độ màu (theo đơn vị K) trong phần thiết lập.

Một hướng dẫn đơn giản là:

• Nhiệt độ màu cao → ảnh có tông trắng và xanh lam nhiều hơn.
• Giảm nhiệt độ màu → ảnh mang tông đỏ, “ấm” hơn.

Kelvin là đơn vị đo nhiệt độ nhiễu

Trong điện tử, Kelvin được sử dụng như một chỉ báo về mức độ nhiễu của một mạch so với ngưỡng nhiễu cực đại, tức là nhiệt độ nhiễu. Nhiễu Johnson–Nyquist của điện trở (tạo ra nhiễu kTC tương ứng khi kết hợp với tụ điện) là một loại nhiễu nhiệt được suy ra từ hằng số Boltzmann và có thể được sử dụng để xác định nhiệt độ nhiễu của mạch bằng cách sử dụng công thức Friis cho nhiễu.

Đơn vị đo Kelvin trong hệ thống đơn vị quốc tế SI