Kelvin

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Termômetro graduado em kelvin e em graus Celsius.

O kelvin (símbolo: K) é o nome da unidade de base do Sistema Internacional de Unidades (SI) para a grandeza temperatura termodinâmica. O kelvin é a fração 1/273,16 da temperatura termodinâmica do ponto triplo da água, ou seja, é definido de tal modo que o ponto triplo da água é exatamente 273,16 K.[1] É uma das sete unidades de base do SI, muito utilizada na Física e Química. É utilizado para medir a temperatura absoluta de um objeto, com zero absoluto sendo 0 K.

A escala kelvin recebeu este nome em homenagem ao físico e engenheiro irlandês William Thomson (1824–1907), 1º barão Kelvin, que escreveu sobre a necessidade de uma "escala termométrica absoluta".

Diferentemente do grau Fahrenheit e do grau Celsius, o kelvin não é referido nem escrito como um grau, já que é uma unidade de medida de temperatura usada nas ciências físicas, embora seja frequentemente usado em conjunção com o grau Celsius, que tem a mesma magnitude.

História[editar | editar código-fonte]

Lorde Kelvin

A escala kelvin foi proposta em 1854 por William Thomson (Lorde Kelvin), que escreveu em seu artigo, On an Absolute Thermometric Scale, a necessidade de uma escala em que "frio infinito" (zero absoluto) fosse o ponto nulo da escala. Thomson calculou que o zero absoluto é equivalente a -273 °C.[2] Esta escala absoluta é conhecida hoje como a escala de temperatura termodinâmica kelvin.

Em 1954, a Resolução 3 da décima Conferência Geral de Pesos e Medidas (CGPM) deu à Escala Kelvin sua definição moderna, designando o ponto triplo da água como seu segundo ponto de definição e atribuiu a sua temperatura exatamente 273,16 kelvin[3].

Em 1967/1968 Resolução 3 da 13 ª CGPM renomeou o incremento da unidade de temperatura termodinâmica " kelvin ", símbolo K, substituindo " grau kelvin " , símbolo ° K[4]. Além disso, considerou-se útil definir explicitamente a magnitude do incremento de unidade, a 13 ª CGPM também realizada na Resolução 4, que " o kelvin, unidade de temperatura termodinâmica , é igual à fração 1/273.16 da temperatura termodinâmica do ponto triplo da água "[5].

Em 2005, o Comité Internacional de Pesos e Medidas (CIPM), uma comissão do CGPM, afirmou que com o objectivo de delinear a temperatura do ponto triplo da água, a definição da escala de temperatura termodinâmica kelvin remete à água com uma composição isotópica especificada como Vienna Standard Mean Ocean Water[6].

Definição[editar | editar código-fonte]

O zero absoluto, na escala Kelvin, é a temperatura de menor energia de um sistema, no entanto nenhum sistema pode ser arrefecido até tal temperatura. Uma das temperaturas mais baixas já atingidas em laboratório foi de 4 K. Nessa temperatura, o hélio torna‑se líquido[7].

O símbolo para o kelvin é sempre um K maiúsculo e nunca é escrito em itálico. Há um espaço entre a grandeza numérica e o símbolo da unidade (por exemplo, "99,987 K").

A palavra "kelvin" (nome da unidade) é escrita com inicial minúscula (exceto no princípio das frases), igualmente de acordo com a normas do SI; escreve-se em português com k inicial, de acordo com a norma ortográfica que o permite para estrangeirismos aportuguesados — as formas plenamente aportuguesadas "quélvim" e "quélvine" não são usadas, ainda que reflita a pronúncia habitual em português.

Enquanto unidade do SI, o kelvin não deve ser precedido pelas palavras 'grau' ou 'graus' ou pelo símbolo °, como em grau Celsius e grau Fahrenheit. Isto acontece porque estas são escalas de medição, enquanto o kelvin é uma unidade de medição. A omissão de "grau" também indica que não é relativo a um ponto de referência arbitrária como as escalas Celsius e Fahrenheit, mas sim uma unidade absoluta de medida que pode ser manipulada algebricamente (por exemplo, multiplicado por dois para indicar o dobro da quantidade de "energia média", disponível entre graus de liberdade elementares do sistema).

Usos práticos[editar | editar código-fonte]

Na ciência e na engenharia, graus Celsius e Kelvin são frequentemente utilizados simultaneamente no mesmo artigo, esta prática é permitida porque o grau Celsius é um nome especial para o kelvin para expressar temperaturas Celsius e a magnitude do grau Celsius é exatamente a mesma do kelvin[8].

Na eletrônica, o kelvin é usado como um indicador de quão barulhento um circuito é em relação a um nível de ruído final, ou seja, a temperatura de ruído. O chamado ruído Johnson-Nyquist de resistências discretas e capacitores é um tipo de ruído térmico derivado a partir da constante de Boltzmann e pode ser utilizado para determinar a temperatura de ruído de um circuito usando a fórmula de Friis para ruído.

O kelvin é também utilizado como unidade de medida da temperatura de cor, que expressa a aparência de cor da luz emitida pela fonte de luz, que está baseada na relação entre a temperatura de um material hipotético e padronizado, conhecido como "corpo negro radiador", e a distribuição de energia da luz emitida à medida que a temperatura do corpo negro é elevada a partir do zero absoluto.

Conversão de unidades de temperatura[editar | editar código-fonte]

Fórmulas de conversão de temperaturas em kelvin
Conversão de para Fórmula
kelvin grau Fahrenheit °F = K × 1,8 - 459,889
grau Fahrenheit kelvin K = (°F + 459,67) / 1,8
kelvin grau Celsius °C = K - 273,15
grau Celsius kelvin K = °C + 273,15
kelvin rankine °Ra = K × 1,8
rankine kelvin K = °Ra / 1,8
kelvin réaumur °Ré = (K - 273,15) × 0,8
réaumur kelvin K = °Ré × 1,25 + 273,15

Temperaturas abaixo do zero absoluto[editar | editar código-fonte]

Devido à definição formal de temperatura em termodinâmica, temperaturas abaixo do zero absoluto são possíveis, mas correspondem a temperaturas mais quentes do que temperaturas positivas. [9][10][11]

Referências

  1. «Kelvin». IUPAC Compendium of Chemical Terminology - the Gold Book (em inglês). International Union of Pure and Applied Chemistry. Consultado em 8 de maio de 2008. 
  2. Thomson, William (October 1848). "On an Absolute Thermometric Scale".Philosophical Magazine. Retrieved 2008-02-06.
  3. "Resolution 3: Definition of the thermodynamic temperature scale"Resolutions of the 10th CGPM. Bureau International des Poids et Mesures. 1954. Retrieved 2008-02-06.
  4. "Resolution 3: SI unit of thermodynamic temperature (kelvin)"Resolutions of the 13th CGPM. Bureau International des Poids et Mesures. 1967. Retrieved 2008-02-06.
  5. Resolution 4: Definition of the SI unit of thermodynamic temperature (kelvin)".Resolutions of the 13th CGPM. Bureau International des Poids et Mesures. 1967. Retrieved 2008-02-06.
  6. "Unit of thermodynamic temperature (kelvin)"SI Brochure, 8th edition. Bureau International des Poids et Mesures. 1967. pp. Section 2.1.1.5. Retrieved 2008-02-06.
  7. Lauricella, Arduíno Francesco, "Fundamentos da termodinâmica" ‑São Paulo: Editora Sol, 2013
  8. "Units with special names and symbols; units that incorporate special names and symbols"SI Brochure, 8th edition. Bureau International des Poids et Mesures. 2006. pp. Section 2.2.2, Table 3. Retrieved 2008-02-06.
  9. Atkins, Peter W. (2010-03-25). The Laws of Thermodynamics: A Very Short Introduction Oxford University Press [S.l.] pp. 89–95. ISBN 9780199572199. OCLC 467748903. 
  10. Ramsey, Norman (1956-07-01). «Thermodynamics and Statistical Mechanics at Negative Absolute Temperatures». Physical Review [S.l.: s.n.] 103 (1): 20–28. Bibcode:1956PhRv..103...20R. doi:10.1103/PhysRev.103.20. 
  11. Tremblay, André-Marie (1975-11-18). «Comment on: Negative Kelvin temperatures: some anomalies and a speculation» (PDF). American Journal of Physics [S.l.: s.n.] 44 (10): 994–995. Bibcode:1976AmJPh..44..994T. doi:10.1119/1.10248. 

Ver também[editar | editar código-fonte]