Kelvin

Il kelvin (erroneamente chiamato grado kelvin e indicato col simbolo K) è l'unità di misura fondamentale della temperatura nel Sistema Internazionale, così chiamata in onore del fisico britannico Lord Kelvin (Lord William Thomson, noto storicamente come il barone Kelvin).

 

In questa lezione parleremo del kelvin, a cui talvolta nel linguaggio comune ci si riferisce (sbagliando) con l'espressione gradi kelvin, una tra le sette unità di misura fondamentali del Sistema Internazionale. Come riportato nelle regole per la scrittura di nomi e simboli delle unità di misura del SI, quando ci si riferisce all'unità di misura il termine kelvin va scritto con la lettera minuscola, mentre il relativo simbolo va indicato con una K maiuscola.

 

In particolare studieremo nel dettaglio la definizione di kelvin, come passare da kelvin ai gradi Celsius e come convertire i kelvin in Fahrenheit, corredando il tutto con svariati esempi.

 

Scala kelvin e temperatura kelvin

 

Fino al 20 maggio 2019, la definizione di kelvin si basava su quella di scala kelvin, una scala termometrica definita rigorosamente nel 1954 a partire dallo zero assoluto (la temperatura minima che può essere raggiunta in un qualsiasi sistema termodinamico) e dal punto triplo dell'acqua (un particolare stato termodinamico in cui coesistono l'acqua allo stato liquido, allo stato solido e allo stato gassoso).

 

In generale per introdurre una scala di temperatura si devono fissare due stati termodinamici e assegnare a ciascuno stato un valore di temperatura. Quelli della scala kelvin sono:

 

- lo zero assoluto, a cui è assegnato il valore di 0 K;

 

- la temperatura del punto triplo dell'acqua, a cui è attribuito il valore di 273,16 K.

 

Con queste premesse siamo in condizione di capire il significato della temperatura in kelvin. Partendo dallo zero assoluto (0 K) fino ad arrivare al punto triplo dell'acqua (273,16 K), si era stabilito che l'unità kelvin fosse pari a 1/273,16:

 

Temperatura zero assoluto (per definizione) → 0 K

 

Temperatura punto triplo acqua (per definizione) → 273,16 K

 

1 K = unità scala kelvin = ( T_punto_triplo_acqua - T_zero_assoluto) : 273,16

 

La scala kelvin, avendo come 0 lo zero assoluto e non avendo valori negativi, è detta scala assoluta. Onde evitare di dilungarci troppo rimandiamo chi è interessato a leggere l'approfondimento dedicato alla scala kelvin.

 

Tornado alla temperatura in kelvin, è bene sapere che il 16 novembre 2018 è stata proposta una nuova definizione di kelvin, entrata poi definitivamente in vigore il 20 maggio 2019.

 

1 kelvin (1 K) è oggi definito come la differenza di temperatura termodinamica corrispondente a una differenza di energia termica pari a k_B joule, dove k_B è il valore della costante di Boltzmann espressa in J/K (Joule su kelvin) e così definita

 

k_B = 1,380649 \times 10^{-23} \ \frac{\mbox{J}}{\mbox{K}}

 

Dall'entrata in vigore della nuova definizione, la temperatura del punto triplo dell'acqua non è più un valore definito, ma è un valore misurato, che tuttavia corrisponde sempre a 273,16 K.

 

Formule di conversione del kelvin

 

Oltre al kelvin esistono altre unità di misura della temperatura che, pur non facendo parte del Sistema Internazionale, vengono accettate in larga scala; stiamo parlando dei gradi Celsius e dei gradi Fahrenheit.

 

Ora ci occupiamo delle formule di conversione del kelvin, ossia le formule che ci permettono di svolgere le equivalenze tra le tre principali misure di temperatura.

 

Cominciamo con l'elenco delle formule di conversione, che riportiamo sin da subito per chiarezza d'esposizione:

 

\\ \mbox{T}_{\mbox{K}} = \mbox{T}_{\mbox{C}} + 273,15\\ \\ \\ \mbox{T}_{\mbox{C}}=\mbox{T}_{\mbox{K}}-273,15\\ \\ \\ \mbox{T}_{\mbox{K}}=\frac{\mbox{T}_{\mbox{F}}+459,67}{1,8}\\ \\ \\ \mbox{T}_{\mbox{F}}=1,8\cdot \mbox{T}_{\mbox{K}}-459,67 \\ \\ \\ \mbox{T}_{\mbox{F}}=\left(1,8 \times \mbox{T}_{\mbox{C}}\right)+32\\ \\ \\ \mbox{T}_{\mbox{C}}=\frac{\mbox{T}_{\mbox{F}}-32}{1,8}

 

kelvin - Celsius

 

Per convertire i kelvin in gradi Celsius utilizzeremo la seguente formula:

 

\mbox{T}_{\mbox{K}} \ = \ \left(\mbox{T}_{\mbox{K}} \ - \ 273,15\right) \ ^{\circ} \mbox{C}

 

dove con T_K abbiamo indicato la temperatura espressa in kelvin. In sintesi per sapere a quanti gradi Celsius corrisponde un certo numero di kelvin basta sottrarre 273,15 alla temperatura in kelvin.

 

Così, ad esempio:

 

\\ 3 \mbox{ K } = \ (3-273,15) \ ^{\circ} \mbox{C } = -270,15 \ ^{\circ} \mbox{C} \\ \\ 138,5 \mbox{ K } = \ (138,5-273,15) \ ^{\circ} \mbox{C } = -134,65 \ ^{\circ} \mbox{C} \\ \\ 356 \mbox{ K } = \ (356-273,15) \ ^{\circ} \mbox{C } = 82,85 \ ^{\circ} \mbox{C}

 

Per altri esempi: kelvin Celsius.

 

kelvin - Fahrenheit

 

Indicando con T_k la temperatura espressa in kelvin, per passare dai kelvin ai gradi Fahrenheit procederemo come segue:

 

\mbox{T}_{\mbox{K}} \ = \ \left[\left(\mbox{T}_{\mbox{K}} \ \times \ 1,8\right) - 459,67\right] \ ^{\circ}\mbox{F}

 

In breve, per passare da Kelvin a gradi Fahrenheit occorre moltiplicare i kelvin per 1,8 e sottrarre 459,67.

 

Concludiamo questa lezione con qualche esempio di conversione da kelvin a Fahrenheit.

 

\\ 3 \mbox{ K } = \ [(3 \times 1,8) -459,67)] \ ^{\circ} \mbox{F } = -454,27 \ ^{\circ} \mbox{F} \\ \\ 138,5 \mbox{ K } = \ [(138,5 \times 1,8) -459,67)] \ ^{\circ} \mbox{F } = -210,37 \ ^{\circ} \mbox{F} \\ \\ 356 \mbox{ K } = \ [(356 \times 1,8) -459,67)] \ ^{\circ} \mbox{F } = 181,13 \ ^{\circ} \mbox{F}

 

 


 

Qui abbiamo finito: nel caso vogliate correggere i risultati dei vostri esercizi e delle vostre conversioni vi raccomandiamo il convertitore di gradi online o eventualmente il convertitore di temperatura. ;)

 

 

Buon proseguimento su YouMath,

Giuseppe Carichino (Galois)

 

Lezione successiva

 
 

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