Kelvin

El kelvin (símbolo: K), antes llamado grado Kelvin,^[1]​ es la unidad de temperatura de la escala creada en 1848 por William Thomson, primer barón de Kelvin, sobre la base del grado Celsius, estableciendo el punto cero en el cero absoluto (−273.15 °C) y conservando la misma dimensión.^[2]​^[3]​^[4]​ A sus 24 años, Kelvin introdujo la escala de temperatura termodinámica, cuya unidad fue nombrada en su honor en 1968.

Es una de las unidades básicas del Sistema Internacional de Unidades. Desde la 26.ª Conferencia General de Pesos y Medidas, celebrada en noviembre de 2018, se define a partir de la constante de Boltzmann, a la que se ha dado un valor numérico exacto, sin incertidumbre.^[5]​

Se define al fijar el valor numérico de la constante de Boltzmann, k, en 1.380 649 × 10⁻²³, cuando se expresa en la unidad J·K⁻¹, igual a kg·m²·s^-2·K⁻¹, donde el kilogramo, el metro y el segundo se definen en función de h, c y Δν_Cs.

De la relación exacta k = 1.380 649 × 10⁻²³ kg·m²·s⁻²·K⁻¹ se obtiene la expresión para el kelvin en función de las constantes k, h y Δν_Cs:

${\displaystyle 1K={\frac {1.380\,649\times 10^{-23}}{(6.626\,070\,15\times 10^{-34})(9\,192\,631\,770)}}\ {\frac {h\ \Delta \nu _{Cs}}{k}}\approx 2.266\,665\,3\ {\frac {h\ \Delta \nu _{Cs}}{k}}}$

El efecto de esta definición es que el kelvin es igual a la variación de temperatura termodinámica que da lugar a una variación de energía térmica kT de 1.380 649 × 10⁻²³ J.

Anteriormente se definía el kelvin como la fracción 1/273.16 de la temperatura termodinámica del punto triple del agua.^[6]​ Se representa con la letra K, nunca «°K», pues actualmente su nombre no es el de «grados kelvin», sino simplemente «kelvin».^[6]​

Coincidiendo el incremento en un grado Celsius con el de un kelvin, su importancia radica en el 0 de la escala: la temperatura de 0 K es denominada «cero absoluto», que corresponde al punto en el que las moléculas y átomos de un sistema tienen la mínima energía térmica posible. Ningún sistema macroscópico puede tener una temperatura inferior. A la temperatura medida en kelvin se le llama «temperatura absoluta» y es la escala de temperaturas que se usa en ciencia, especialmente en trabajos de física o química.

También en iluminación de fotografía, vídeo y cine se utilizan los kelvin como referencia de la temperatura de color. Cuando un cuerpo negro es calentado, emite luz de diferente color según la temperatura a la que se encuentra. De este modo, cada color se puede asociar a la temperatura a la que debería estar un cuerpo negro para emitir en ese color. Es necesario recalcar que la temperatura de color asociada a un cuerpo no está relacionada con su temperatura real. Por ejemplo, 1600 K es la temperatura de color correspondiente a la salida o puesta del sol. La temperatura del color de una lámpara de filamento de wolframio (tungsteno) corriente es de 2800 K. La temperatura de la luz utilizada en fotografía y artes gráficas es 5500 K (para considerarla «luz de día», lo que no impide que se usen otras partes de la escala para referirse a la luz de tungsteno o algunas lámparas led) y la del sol al mediodía con cielo despejado es de 5200 K. La luz de los días nublados es más azul y es 6000 K o más, llegando incluso a los 11 000 K.

Históricamente, la escala Kelvin se desarrolló a partir de la escala Celsius, de tal forma que 273.15 K era 0 °C (el punto de fusión aproximado del hielo) y un cambio de un kelvin equivalía exactamente a un cambio de un grado Celsius.^[7]​^[8]​ Esta relación sigue siendo exacta, pero las escalas Celsius, Fahrenheit y Rankine se definen ahora en términos de la escala Kelvin.^[2]​^[9]​^[10]​ El kelvin es la principal unidad de temperatura para la ingeniería y las ciencias físicas, mientras que en la mayoría de los países la escala Celsius sigue siendo la escala dominante fuera de estos campos.^[8]​ En Estados Unidos, fuera de las ciencias físicas, predomina la escala Fahrenheit, empleándose la escala kelvin o Rankine para la temperatura absoluta.^[11]​

1. ↑ Tipler, Paúl A. (1991) Física pre-universitaria. Reveré. Vol. 1. Pág. 301. ISBN 978-84-291-4375-1.
2. ↑ ^{a b} «SI Brochure: The International System of Units (SI) – 9th edition». BIPM. Consultado el 21 de febrero de 2022. 
3. ↑ «SI base unit: kelvin (K)». bipm.org. BIPM. Consultado el 5 de marzo de 2022. 
4. ↑ «A Turning Point for Humanity: Redefining the World's Measurement System». Nist. 12 de mayo de 2018. Consultado el 21 de febrero de 2022. 
5. ↑ «Real Decreto 493/2020, de 28 de abril, por el que se modifica el Real Decreto 2032/2009, de 30 de diciembre, por el que se establecen las unidades legales de medida.» (pdf). Boletín Oficial del Estado. 28 de abril de 2020. Consultado el 29 de abril de 2020. 
6. ↑ ^{a b} «Unité de température thermodynamique (kelvin)» (en francés). Bureau International des Poids et Mesures (BIPM). Consultado el 18 de enero de 2013. 
7. ↑ BIPM (20 de mayo de 2019). «Mise en pratique para la definición del kelvin en el SI». BIPM.org. Consultado el 18 de febrero de 2022. 
8. ↑ ^{a b} «Kelvin: Introducción». NIST. 14 de mayo de 2018. Consultado el 2 de septiembre de 2022. 
9. ↑ Benham, Elizabeth (6 de octubre de 2020). «Busting Myths about the Metric System». Nist (Taking Measure (official blog of the NIST)). Consultado el 21 de febrero de 2022. 
10. ↑ «Handbook 44 - 2022 - Apéndice C - Tablas generales de unidades de medida». nist.gov. NIST. Consultado el 21 de febrero de 2022. 
11. ↑ Benham, Elizabeth (6 de octubre de 2020). «Desmontando mitos sobre el sistema métrico decimal». Nist (Tomando medidas (blog oficial del NIST)).