出典(authority):フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』「2016/09/12 05:52:07」(JST)
| この項目では、温度の単位について説明しています。その他の用法については「ケルヴィン (曖昧さ回避)」をご覧ください。 |
| ケルビン kelvin |
|
|---|---|
| 記号 | K |
| 系 | 国際単位系 (SI) |
| 種類 | 基本単位 |
| 量 | 熱力学温度 |
| 定義 | 水の三重点の熱力学温度の 273.16 分の 1 |
| 由来 | 標準大気圧下での水の沸点と氷点の温度差の 100 分の 1 |
| 語源 | ケルヴィン卿 |
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ケルビン（英語: kelvin, 記号: K）は、熱力学温度（絶対温度）の単位である。国際単位系 (SI) において基本単位の一つとして位置づけられている。
ケルビンの名は、イギリスの物理学者で、絶対温度目盛りの必要性を説いたケルビン卿ウィリアム・トムソンにちなんで付けられた。なお、ケルビン卿の通称は彼が研究生活を送ったグラスゴーにあるケルビン川（英語版）から取られている。
国際単位系におけるケルビンの定義は以下の通りである[1]。
ケルビンが熱力学温度の単位であることから、絶対零度は0ケルビンと定まる。さらに、1ケルビンを水の三重点の熱力学温度の273.16分の1としている。これは、元々はセルシウス度の数値から 273.15 を足した（絶対零度を 0 とした）温度目盛りとして定義されたものであったが、現在では逆にセルシウス度がケルビンを元に定義されている[注 1]。水の三重点の値は厳密に273.16ケルビンである。
なお、セルシウス度の歴史的な定義であった標準大気圧の下での水の氷点と沸点は、現在の定義ではそれぞれ 5000000000000000000♠0 °C および 7002100000000000000♠100 °C と厳密には一致せず、それぞれ6997251900000000000♠0.002519 °C（7002273152518999999♠273.152519 K）、7001999743000000000♠99.9743 °C（7002373124300000000♠373.1243 K） である（水#物理的性質を参照）。
| ケルビンから | ケルビンへ | |
|---|---|---|
| セルシウス度 | [°C] = [K] − 273.15 | [K] = [°C] + 273.15 |
| ファーレンハイト度 | [°F] = [K] × 9⁄5 − 459.67 | [K] = ([°F] + 459.67) × 5⁄9 |
| ランキン度 | [°R] = [K] × 9⁄5 | [K] = [°R] × 5⁄9 |
| 温度の間隔は以下のようになっている。 1 K = 1 °C = 9⁄5 °F = 9⁄5 °R |
||
なお、量記号を単位記号で割ったものは、その量をその単位で計ったときの数値を表す。
1848年、ケルビン卿は論文「絶対温度目盛りについて」(On an Absolute Thermometric Scale) で、"infinite cold"（絶対零度）を目盛りのゼロ点とし、温度間隔はセルシウス度と同じとする温度目盛りの必要性を説いた。ケルビン卿は、当時の気温計により絶対零度は−273 °Cに等しいと計算した[2]。この絶対目盛りは今日では「ケルビン熱力学温度目盛り」として知られている。ケルビンが算出した"−273"という数値は、氷点におけるセルシウス度あたりの気体の膨張率 0.00366 の逆数から求めたものであり、現在認められている値ともほぼ一致している。
1954年の第10回国際度量衡総会 (CGPM) の第3決議にて、水の三重点を正確に273.16ケルビンとする現行の定義が採択された[3][4]。
1967-1968年の第13回国際度量衡総会の決議3にて、それまでの単位名称「ケルビン度」(degree Kelvin)と記号 °K を改め、単位名称を「ケルビン」(kelvin)、記号を K とした[5][6]。そして、尺度ではなく単位であることを明示するために、決議4にて「熱力学温度の単位、ケルビンは、水の三重点の熱力学温度の1⁄273.16である」と定められた[1]。
2005年、国際度量衡委員会 (CIPM) は、定義に使用する水の同位体組成についての補足を追加した[7]。これは、水の物理的性質は、厳密には、その同位体組成の違いによって異なるため、三重点を測定するための水について特定の同位体組成を指定する必要があるからである。ここで指定された水は、ウィーン標準平均海水（en:Vienna Standard Mean Ocean Water, VSMOW）と呼ばれるものであり、水の厳密な物理的性質を計測する場合の国際標準物質となっているものである[8]。
ケルビンは国際単位系の単位であり、単位記号は大文字の K で書き出すのが正しい（その他、人名に由来する単位には大文字が用いられる）[9]。
英語など複数形と単数形を区別する言語では、ボルト・オームなど他のSI単位と同様、数値が1以外のときには複数形で表記される（例：「水の三重点は正確に273.16ケルビンである」は "the triple point of water is exactly 273.16 kelvins" となる[10]）。「ケルビン温度目盛り ("Kelvin scale")」という用語における"Kelvin"は形容詞として機能し、この場合は頭文字を大文字で書く。
他の大部分のSI単位の記号（例外は角度の単位（例:45°3′4″））と同様、数値と単位記号の間には、"99.987 K" のように空白を入れる[11][12]。
1967年の第13回CGPMまで、ケルビンは他の温度の単位と同様、「度」(degree)と呼ばれていた。他の温度の単位との区別のために「ケルビン度」("degree Kelvin") や「絶対度」("degree absolute") と呼び、記号を「 °K」としていた。1948年から1954年までは「絶対度」が正式な単位名称であったが、ランキン度のことも絶対度と呼ぶことがあり、曖昧さがあった。第13回CGPMで単位名称が「ケルビン」（記号:K）に改められた[13]。
「度」（degree, °）は測定の尺度であり、セルシウス度（摂氏度）やファーレンハイト度（華氏度）などのように任意の参照点に関連して値が決められていることを意味する。それに対し、「度」のつかない「ケルビン」は、測定の単位であることを表している。「測定の尺度」においては、数値と実際の物理量は比例しておらず、数値の算術的計算に物理的な意味はない。「測定の単位」の場合は、数値と実際の物理量が比例している。例えば、ケルビンによる値が2倍になるということは、その系の内部エネルギーが2倍になることを意味する[注 2]。
科学と技術の分野では、同じ文章中でセルシウス度とケルビンを併用することがしばしばある（例えば「測定値は7002273160280000000♠0.01028 °Cで、不確かさは60 µK」）。ケルビンとセルシウス度の温度の間隔は同じであり、SIにおいてはセルシウス度は「セルシウス温度を表すためのケルビンの特別な名称」とされているので、このような表記は許容される[14]。第13回CGPMの決議3で「温度間隔はセルシウス度によって表現しても良い」と公式に支持されており[5]、「°C」と「K」を併用する習慣は科学的な分野の広範囲にわたり見られる。「µ°C」（マイクロ度、microdegrees Celsius）のような、温度間隔を表すセルシウス度にSI接頭辞を伴った形の使用は、広く採用されなかった。
2007年、測温諮問委員会からCIPMに、現行の定義では、20 K以下と7003130000000000000♠1300 K以上で十分な計測ができない報告がなされた。測温諮問委員会では、現行の水の三重点による定義よりも、ボルツマン定数を基準にした方がより良い温度の計量ができ、低温や高温での計測困難を克服できると考えた[15]。CIPMは、ボルツマン定数を正確に6977138065049999999♠1.3806505×10−23 J/Kに固定することでケルビンを定義することを提案した[16]。CIPMは、この提案が2011年の第24回CGPMで採択されることを望んでいたが、第24回CGPMでは、この提案はSI基本単位全体の見直しの一部として考慮すべきとして、採択は2014年のCGPMに延期された[17]。2014年の第25回CGPMでは、「提示されたデータは、新しいSIの定義を採択するには、十分頑強ではない」として、2018年の第26回CGPMまで改訂を延期することとされた[18]。
科学的な視点では、この再定義により、温度の単位が他のSI基本単位と関連づけられ、どんな特定の物質からも独立した安定した定義を得ることができる。実際的な視点では、再定義の影響はほとんどない。水は依然として0 °C（273.15 K）で凍る[19]。
ケルビンは、光源の色温度の単位としても用いられる[20]。色温度は、黒体がその温度に応じた色の光を放射するという原理に基づく。約7003400000000000000♠4000 K以下の温度の黒体は赤みががって見え、約7003750000000000000♠7500 K以上の黒体は青っぽく見える。画像投影と写真撮影の分野において、色温度は重要である。昼光用のフィルムの感光乳剤は約7003560000000000000♠5600 Kの色温度が要求される。恒星のスペクトル分類とヘルツシュプルング・ラッセル図上の位置は、「有効温度（英語版）」として知られる恒星の表面温度に基づいている。例えば、太陽の光球は、7003577800000000000♠5778 Kの有効温度を持つ。
デジタルカメラや画像編集ソフトウェアでは、編集や設定メニューで色温度(K)をよく使う。色温度が高くなると、画像は白または青っぽく見えるようになる。Kの値を小さくすると、画像は赤っぽく暖みのある色になる。
電子工学において、回路にどれくらいノイズが乗っているか（ノイズ・フロア（英語版））の指標としてケルビンが使われ、これを雑音温度（英語版）という。熱雑音（ジョンソン–ナイキスト・ノイズ）は、ボルツマン定数に由来するノイズで、フリスの雑音の公式（英語版）を使用している回路の雑音温度を決定するのに用いることができる。
| 記号 | Unicode | JIS X 0213 | 文字参照 | 名称 |
|---|---|---|---|---|
| K | U+212A |
- |
KK |
ケルビン |
ケルビンの単位記号は、コードポイントU+212A K kelvin signでUnicodeにコード化されている。しかしこれは、既存の文字コードとの互換性のために用意されている互換文字である。Unicode標準では、この文字の代わりにU+004B K latin capital letter k、つまり普通のアルファベットの大文字のKを使うことを推奨している。「次の3つの文字種記号（英語版）は、普通の文字と正準等価である: U+2126 Ω ohm sign, U+212A K kelvin sign, and U+212B Å angstrom sign。これら3つの全ての文字については、普通の文字が使われなければならない。」[21]
| ケルビン | セルシウス度 | ファーレンハイト度 | ランキン度 | ドリール度 | ニュートン度 | レオミュール度 | レーマー度 | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 絶対零度 | 0 | −273.15 | −459.67 | 0 | 559.725 | −90.14 | −218.52 | −135.90 |
| 地球表面の最低気温（※1） | 183.95 | −89.2 | −128.56 | 331.11 | 283.8 | −29.436 | −71.36 | −39.33 |
| ファーレンハイトの寒剤 | 255.37 | −17.78 | 0 | 459.67 | 176.67 | −5.87 | −14.22 | −1.83 |
| 水の融点（標準状態下） | 273.15 | 0 | 32 | 491.67 | 150 | 0 | 0 | 7.5 |
| 地球表面の平均気温 | 288 | 15 | 59 | 518.67 | 127.5 | 4.95 | 12 | 15.375 |
| 人間の平均体温 | 309.95 | 36.8 | 98.24 | 557.91 | 94.8 | 12.144 | 29.44 | 26.82 |
| 地球表面の最高気温（※2） | 329.85 | 56.7 | 134.06 | 593.73 | 64.95 | 18.711 | 45.36 | 37.268 |
| 水の沸点（標準状態下） | 373.15 | 100 | 212 | 671.67 | 0 | 33 | 80 | 60 |
| チタンの融点 | 1941 | 1668 | 3034 | 3494 | −2352 | 550 | 1334 | 883 |
| 太陽の表面温度 | 5800 | 5526 | 9980 | 10440 | −8140 | 1823 | 4421 | 2909 |
| [ヘルプ] |
| ウィクショナリーにケルビンの項目があります。 |
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| from kelvins | to kelvins | |
|---|---|---|
| Celsius | [°C] = [K] − 273.15 | [K] = [°C] + 273.15 |
| Fahrenheit | [°F] = [K] × 9⁄5 − 459.67 | [K] = ([°F] + 459.67) × 5⁄9 |
| Rankine | [°R] = [K] × 9⁄5 | [K] = [°R] × 5⁄9 |
| For temperature intervals rather than specific temperatures, 1 K = 1 °C = 9⁄5 °F = 9⁄5 °R |
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The kelvin is a unit of measure for temperature based upon an absolute scale. It is one of the seven base units in the International System of Units (SI) and is assigned the unit symbol K. The Kelvin scale is an absolute, thermodynamic temperature scale using as its null point absolute zero, the temperature at which all thermal motion ceases in the classical description of thermodynamics. The kelvin is defined as the fraction 1⁄273.16 of the thermodynamic temperature of the triple point of water (exactly 0.01 °C or 32.018 °F).[1] In other words, it is defined such that the triple point of water is exactly 273.16 K.
The Kelvin scale is named after the Belfast-born, Glasgow University engineer and physicist William Lord Kelvin (1824–1907), who wrote of the need for an "absolute thermometric scale". Unlike the degree Fahrenheit and degree Celsius, the kelvin is not referred to or typeset as a degree. The kelvin is the primary unit of temperature measurement in the physical sciences, but is often used in conjunction with the Celsius degree, which has the same magnitude. The definition implies that absolute zero (0 K) is equivalent to −273.15 °C (−459.67 °F).
In 1848, Lord Kelvin wrote in his paper, On an Absolute Thermometric Scale, of the need for a scale whereby "infinite cold" (absolute zero) was the scale's null point, and which used the degree Celsius for its unit increment. Kelvin calculated that absolute zero was equivalent to −273 °C on the air thermometers of the time.[2] This absolute scale is known today as the Kelvin thermodynamic temperature scale. Kelvin's value of "−273" was the negative reciprocal of 0.00366—the accepted expansion coefficient of gas per degree Celsius relative to the ice point, giving a remarkable consistency to the currently accepted value.
In 1954, the Resolution 3 of the 10th CGPM gave the Kelvin scale its modern definition by designating the triple point of water as its second defining point and assigned its temperature to exactly 273.16 kelvins.[3]
In 1967/1968 Resolution 3 of the 13th CGPM renamed the unit increment of thermodynamic temperature "kelvin", symbol K, replacing "degree Kelvin", symbol °K.[4] Furthermore, feeling it useful to more explicitly define the magnitude of the unit increment, the 13th CGPM also held in Resolution 4 that "The kelvin, unit of thermodynamic temperature, is equal to the fraction 1⁄273.16 of the thermodynamic temperature of the triple point of water."[1]
In 2005 The Comité International des Poids et Mesures (CIPM), a committee of the CGPM, affirmed that for the purposes of delineating the temperature of the triple point of water, the definition of the Kelvin thermodynamic temperature scale would refer to water having an isotopic composition specified as VSMOW.[5]
When spelled out or spoken, the unit is pluralised using the same grammatical rules as for other SI units such as the volt or ohm (e.g. "the triple point of water is exactly 273.16 kelvins"[6]). When reference is made to the "Kelvin scale", the word "kelvin"—which is normally a noun—functions adjectivally to modify the noun "scale" and is capitalized. As with most other SI unit symbols (angle symbols, e.g. 45°3′4″, are the exception) there is a space between the numeric value and the kelvin symbol (e.g. "99.987 K").[7][8]
Before the 13th General Conference on Weights and Measures (CGPM) in 1967–1968, the unit kelvin was called a "degree", the same as with the other temperature scales at the time. It was distinguished from the other scales with either the adjective suffix "Kelvin" ("degree Kelvin") or with "absolute" ("degree absolute") and its symbol was °K. The latter term (degree absolute), which was the unit's official name from 1948 until 1954, was ambiguous since it could also be interpreted as referring to the Rankine scale. Before the 13th CGPM, the plural form was "degrees absolute". The 13th CGPM changed the unit name to simply "kelvin" (symbol K).[9] The omission of "degree" indicates that it is not relative to an arbitrary reference point like the Celsius and Fahrenheit scales (although the Rankine scale continued to use "degree Rankine"), but rather an absolute unit of measure which can be manipulated algebraically (e.g. multiplied by two to indicate twice the amount of "mean energy" available among elementary degrees of freedom of the system).
In science and engineering, degrees Celsius and kelvins are often used simultaneously in the same article (e.g. "its measured value was 7002273160280000000♠0.01028 °C with an uncertainty of 60 µK"). This practice is permissible because the degree Celsius is a special name for the kelvin for use in expressing Celsius temperatures and the magnitude of the degree Celsius is exactly equal to that of the kelvin.[10] Notwithstanding that the official endorsement provided by Resolution 3 of the 13th CGPM states "a temperature interval may also be expressed in degrees Celsius",[4] the practice of simultaneously using both "°C" and "K" is widespread throughout the scientific world. The use of SI prefixed forms of the degree Celsius (such as "µ°C" or "microdegrees Celsius") to express a temperature interval has not been widely adopted.
In 2005 the CIPM embarked on a program to redefine, amongst others, the kelvin using a more rigorous basis than was in use. The current (2010) definition is unsatisfactory for temperatures below 20 K and above 7003130000000000000♠1300 K.[11] The committee proposes defining the kelvin as the temperature scale for which Boltzmann's constant is 6977138065049999999♠1.3806505×10−23 J/K exactly.[12] The committee hoped that the program would be completed in time for its adoption by the CGPM at its 2011 meeting, but at the 2011 meeting the decision was postponed to the 2014 meeting when it would be considered as part of a larger program.[13]
From a scientific point of view, this will link temperature to the rest of SI and result in a stable definition that is independent of any particular substance. From a practical point of view, the redefinition will pass unnoticed; water will still freeze at 0 °C (273.15 K or 32 °F).[14]
The kelvin is often used in the measure of the colour temperature of light sources. Colour temperature is based upon the principle that a black body radiator emits light whose colour depends on the temperature of the radiator. Black bodies with temperatures below about 7003400000000000000♠4000 K appear reddish whereas those above about 7003750000000000000♠7500 K appear bluish. Colour temperature is important in the fields of image projection and photography where a colour temperature of approximately 7003560000000000000♠5600 K is required to match "daylight" film emulsions. In astronomy, the stellar classification of stars and their place on the Hertzsprung–Russell diagram are based, in part, upon their surface temperature, known as effective temperature. The photosphere of the Sun, for instance, has an effective temperature of 7003577800000000000♠5778 K.
Digital cameras and photographic software often use colour temperature in K in edit and setup menus. The simple guide is that the higher the 'colour temperature' in K then the more white or blue the image will be. The reduction in kelvin will give an image more dominated by reddish, warmer colours.
In electronics, the kelvin is used as an indicator of how noisy a circuit is in relation to an ultimate noise floor, i.e. the noise temperature. The so-called Johnson–Nyquist noise of discrete resistors and capacitors is a type of thermal noise derived from the Boltzmann constant and can be used to determine the noise temperature of a circuit using the Friis formulas for noise.
The symbol is encoded in Unicode at codepoint U+212A K KELVIN SIGN. However, this is a compatibility character provided for compatibility with legacy encodings. The Unicode standard recommends using U+004B K LATIN CAPITAL LETTER K instead; that is, a normal capital K. "Three letterlike symbols have been given canonical equivalence to regular letters: U+2126 Ω OHM SIGN, U+212A K KELVIN SIGN, and U+212B Å ANGSTROM SIGN. In all three instances, the regular letter should be used."[15]
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Scales of temperature
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Conversion formulas and comparison
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SI units
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