ماهو الكلفن؟
تعتبر كلفن، الوحدة الأساسية لقياس درجة الحرارة الديناميكية الحرارية في النظام الدولي للوحدات (SI)، قرر المؤتمر العام للأوزان والمقاييس لعام 2018 أنه اعتبارًا من 20 مايو 2019، سيتم تحديد الوحدة بحيث يكون ثابت بولتزمان يساوي 1.380649 × 104923 جول لكل كلفن.
تم تعريف هذه الوحدة في الأصل على أنها 100/27.316 من النقطة الثلاثية (التوازن بين المراحل الصلبة والسائلة والغازية) من الماء النقي، كلفن هو أيضًا الوحدة الأساسية لمقياس كلفن، وهو مقياس درجة حرارة مطلقة سمي على اسم الفيزيائي البريطاني ويليام طومسون (المعروف باسم اللورد كلفن).
مقياس درجة الحرارة المطلقة له نقطة الصفر المطلق (−273.15 درجة على مقياس درجة الحرارة المئوية و -459.67 درجة على مقياس درجة الحرارة فهرنهايت)، درجة الحرارة النظرية التي عندها جزيئات المادة لديها أدنى طاقة؛ ومن ثم فإن جميع القيم على هذا المقياس غير سالبة.
يمكن التعبير عن العديد من القوانين والصيغ الفيزيائية بشكل أكثر بساطة عند استخدام مقياس درجة حرارة مطلقة؛ وفقًا لذلك تم اعتماد مقياس كلفن كمعيار دولي لقياس درجة الحرارة العلمية، الفرق بين نقطتي التجمد والغليان للماء هو 100 درجة في مقياسي كلفن وسلسيوس وبالتالي، فإن درجة كلفن لها نفس مقدار درجة سلزيوس.
درجة الحرارة الديناميكية:
كلفن مقياس درجة الحرارة الديناميكي الحراري، المستخدم في النظام الدولي للوحدات له أصله أو نقطة الصفر عند الصفر المطلق وله نقطة ثابتة عند النقطة الثلاثية للماء (درجة الحرارة والضغط التي يكون فيها الجليد والماء السائل وبخار الماء في حالة اتزان)، المعرَّفة بـ 273.16 كلفن.
مقياس درجة الحرارة المئوية مشتق من مقياس كلفن، ويتم تعريف النقطة الثلاثية على أنها 0.01 درجة على مقياس سلزيوس، وهو ما يقرب من 32.02 درجة على مقياس درجة حرارة فهرنهايت ومع ذلك، حيث اتفقت (CGPM) في عام 2018 على أنه ساري المفعول في 20 مايو 2019، سيتم إعادة تعريف كلفن بحيث كان ثابت بولتزمان يساوي 1.380649 × 10−23 جول لكل كلفن.
مقاييس درجة حرارة:
القياس هو عملية ربط الأرقام بالكميات والظواهر الفيزيائية، إذ يعتبر القياس أساسي في العلوم وفي الهندسة والبناء والمجالات التقنية الأخرى؛ ولجميع الأنشطة اليومية تقريبًا لهذا السبب تمت دراسة العناصر والظروف والقيود والأسس النظرية للقياس.
يمكن إجراء القياسات عن طريق حواس بشرية غير مدعومة، وفي هذه الحالة يطلق عليها غالبًا تقديرات أو بشكل أكثر شيوعًا عن طريق استخدام الأدوات، والتي قد تتراوح في التعقيد من القواعد البسيطة لقياس الأطوال إلى الأنظمة المتطورة للغاية المصممة لاكتشاف وقياس الكميات تتجاوز تمامًا قدرات الحواس، مثل موجات الراديو من نجم بعيد أو اللحظة المغناطيسية لجسيم دون ذري.
يُعد مفهوم درجة الحرارة أمرًا أساسيًا في أي مناقشة للديناميكا الحرارية، لكن تعريفها الدقيق ليس مسألة بسيطة، على سبيل المثال يبدو قضيب فولاذي أكثر برودة من قضيب خشبي في درجة حرارة الغرفة لمجرد أن الفولاذ أفضل في توصيل الحرارة بعيدًا عن الجلد، لذلك من الضروري أن يكون لديك طريقة موضوعية لقياس درجة الحرارة.
بشكل عام عندما يتلامس جسمان حراريًا ستتدفق الحرارة بينهما حتى يتوازن كل منهما مع الآخر، عندما يتوقف تدفق الحرارة، يقال إنهم في نفس درجة الحرارة، إذ يُضفي القانون الصفري للديناميكا الحرارية طابعًا رسميًا على هذا من خلال التأكيد على أنه إذا كان الجسم A في حالة توازن حراري متزامن مع كائنين آخرين B و C ، فإن B و C سيكونان في حالة توازن حراري مع بعضهما البعض إذا تم إحضارهما في اتصال حراري.
يمكن للكائن A أن يلعب دور مقياس الحرارة من خلال بعض التغييرات في خصائصه الفيزيائية مع درجة الحرارة، مثل حجمه أو مقاومته الكهربائية، مع تعريف المساواة في درجة الحرارة في متناول اليد من الممكن إنشاء مقياس درجة حرارة عن طريق تعيين قيم عددية لبعض النقاط الثابتة القابلة للتكرار بسهولة.
على سبيل المثال، في مقياس درجة الحرارة المئوية (درجة مئوية)، يتم تعيين درجة حرارة الماء النقي بشكل تعسفي لدرجة حرارة 0 درجة مئوية ونقطة غليان الماء بقيمة 100 درجة مئوية (في كلتا الحالتين عند 1 جو قياسي، وفي مقياس درجة الحرارة فهرنهايت (درجة فهرنهايت)، يتم تعيين نفس هاتين النقطتين القيمتين 32 درجة فهرنهايت و 212 درجة فهرنهايت، على التوالي.
هناك مقاييس درجة حرارة مطلقة تتعلق بالقانون الثاني للديناميكا الحرارية، بحيث أن المقياس المطلق المرتبط بمقياس سيليزيوس يسمى مقياس كلفن (K)، وهذا المرتبط بمقياس فهرنهايت يسمى مقياس رانكين (° R)، إذ ترتبط هذه المقاييس بالمعادلات (K = ° C + 273.15) ،( ° R = ° F + 459.67)، و (° R = 1.8 K) صفر في كل من مقياسي (Kelvin) و (Rankine) عند الصفر المطلق.
