Kelvin (unidad)
El kelvin (símbolo: K), antes llamado grado Kelvin, 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. 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.
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 ΔνCs.
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 ΔνCs:
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. Se representa con la letra K, nunca «°K», pues actualmente su nombre no es el de «grados kelvin», sino simplemente «kelvin».
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.
El kelvin se usa a menudo como una medida de la temperatura de color de las fuentes de luz. La temperatura de color se basa en el principio de que un radiador de cuerpo negro emite luz con una distribución de frecuencia característica de su temperatura. Los cuerpos negros a temperaturas por debajo de 4000 K aparecen de color rojizo, mientras que los de arriba sobre 7500 K aparecen azulados. La temperatura de color es importante en los campos de proyección de imágenes y fotografía, donde una temperatura de color de aproximadamente 5600 K se requiere para que coincida con las emulsiones de película de "luz del día". En astronomía, la clasificación estelar de las estrellas y su lugar en el diagrama de Hertzsprung-Russell se basan, en parte, en la temperatura de su superficie, conocida como temperatura efectiva. La fotosfera del Sol, por ejemplo, tiene una temperatura efectiva de 5778 K.
Las cámaras digitales y el software fotográfico suelen utilizar la temperatura de color en K en los menús de edición y configuración. La guía simple es que una temperatura de color más alta produce una imagen con tonos blancos y azules mejorados. La reducción en la temperatura del color produce una imagen más dominada por rojizos, colores "más cálidos".
Para la electrónica, el kelvin se usa como un indicador de cuán ruidoso es un circuito en relación con un ruido de fondo final, es decir, la temperatura de ruido. El llamado ruido de Johnson-Nyquist de resistencias y capacitores discretos es un tipo de ruido térmico derivado de la constante de Boltzmann y se puede usar para determinar la temperatura de ruido de un circuito usando las fórmulas de Friis por ruido.
A continuación una tabla de los múltiplos y submúltiplos del Sistema Internacional de Unidades.
La física estadística dice que en un sistema termodinámico la energía contenida por las partículas es proporcional a la temperatura absoluta, siendo la constante de proporcionalidad la constante de Boltzmann. Por eso es posible determinar la temperatura de unas partículas con una determinada energía, o calcular la energía de unas partículas a una determinada temperatura. Esto se hace a partir del denominado principio o teorema de equipartición. El principio de equipartición establece que la energía de un sistema termodinámico es
donde:
El símbolo está codificado en Unicode en el punto de código U+212A K signo de kelvin. Sin embargo, este es un carácter de compatibilidad proporcionado para la compatibilidad con codificaciones heredadas. El estándar Unicode recomienda usar U+004B K letra mayúscula latina k en cambio; es decir, una capital normal K. "A tres símbolos parecidos a letras se les ha dado equivalencia canónica a letras regulares: U+2126 Ω signo de ohmios, U+212A K signo de kelvin, y U+212B Å signo de angstrom. En los tres casos, se debe utilizar la letra normal."