Что такое абсолютный ноль температуры

Температура — кельвин

Температура Цельсия ( символ t) определяется выражением: t Т — Т0, Т — температура Кельвина, Т0 273 15 К.
 

Допускается применять также градус Цельсия С, по размеру равный Кельвину, для выражения температуры Цельсия tT — Te, где Т — температура Кельвина, 7о273 15 К. Тройная точка воды — состояние, при котором находятся в равновесии все г три ее фазы: лед, жидкая вода и насыщенный пар. Равновесие трех фаз воды достигается лишь при вполне определенной тем — пературе 273 16 К0 01 С, в отличие от равновесия каких-либо двух ее фаз, которое возможно и при разных температурах.
 

Кроме температуры Кельвина, К ( обозначение 7) допускается применение температуры Цельсия, С ( обозначение t), определяемой выражением t — Т-27315 К. Температура Кельвина выражается в кель-винах ( градусах Кельвина), температура Цельсия — в градусах Цельсия. Числовое значение температуры должно сопровождаться значками К и С. По величине кельвин и градус Цельсия равны между собой. Различие состоит лишь в начале отсчета ( см. гл.
 

Переход от значений температуры в шкале Цельсия к значениям в шкале Кельвина рассматривается в гл. В системе СИ при использовании шкалы температур Кельвина знак градуса не указывается.
 

Температура таяния льда при нормальном давлении обозначена 0 С. Как видим, разница между абсолютной шкалой температур Кельвина и шкалой Цельсия только в начале отсчета ( в положении нуля) температуры.
 

Температура Цельсия определяется выражением tT — Тй, где Т — температура Кельвина, Г 273 15 К.
 

Параметры тройной точки воды следующие: давление насыщенного пара — 4 58 мм рт. ст. 0 006 атм, температура О 01 С. Тройная точка воды является реперной точкой при построении абсолютной термодинамической шкалы температур Кельвина.
 

Практически для термометрии нет необходимости осуществлять цикл Карно, в котором экспериментальные ошибки обычно очень велики. Температура, введенная во втором законе термодинамики как интегрирующий делитель, как раз и есть температура Кельвина.
 

В практической термометрии нет необходимости осуществлять циклы Карно, экспериментальные ошибки при проведении которых часто были бы недопустимо велики. Во втором законе термодинамики температура вводится как величина, обратная интегрирующему множителю; можно показать, что температура, определенная таким образом, совпадает с температурой Кельвина.
 

В практической термометрии нет необходимости осуществлять циклы Карно, экспериментальные ошибки при проведении которых часто были бы недопустимо велики. Во втором законе термодинамики температура водится как величина, обратная интегрирующему множителю; можно показать, что температура, определенная таким образом, совпадает с температурой Кельвина.
 

Уравнение ( 12) было получено из термодинамического тождества ( 5) и на основе двух изотермических законов поведения идеального газа, а также эмпирического определения величины моля. Величина Т, входящая в уравнение ( 12), та же что и в термодинамическом тождестве ( 5), и, следовательно, является температурой Кельвина.
 

Однако всякий газ, который строго подчиняется закону Бойля — Мариотта и у которого изменение объема при постоянной температуре не меняет внутренней энергии и, подчиняется закону pv kT, где Т представляет температуру Кельвина. Такой газ, называемый идеальным газом, будучи использован в газовом термометре постоянного давления или постоянного объема, непосредственно воспроизводит шкалу Кельвина.
 

Кроме температуры Кельвина ( обозначение Т) допускается применять также температуру Цельсия ( обозначение t), определяемую выражением t T — Т, где Г 273 15К по определению. По размеру градус Цельсия равен кельвину. Разность температур Кельвина выражается в Кельвинах. Разность температур Цельсия допускается выражать как в Кельвинах, так и в градусах Цельсия.
 

Кроме температуры Кельвина ( обозначение Т) допускается применять также температуру Цельсия ( обозначение t), определяемую выражением t T — Tn, где Т0 273 15К по определению. По размеру градус Цельсия равен кельвину. Разность температур Кельвина выражается в Кельвинах. Разность температур Цельсия допускается выражать как в Кельвинах, так и в градусах Цельсия.
 

По размеру градус Цельсия равен кельвину. Интервал или разность температур Кельвина выражают в Кельвинах. Интервал или разность температур Цельсия допускается выражать как в Кельвинах, так и в градусах Цельсия.
 

Шкала цветовой температуры

Сегодняшний отечественный рынок предлагает огромный ассортимент источников света на светодиодных кристаллах. Все они работают в различных температурных диапазонах.

Обычно их выбирают в зависимости от места предполагаемой установки, ведь каждая такая лампа создает свой, индивидуальный облик. Одно и то же помещение можно существенно преобразить, изменив в нем лишь цвет освещения.

Для оптимального применения каждого светодиодного источника света следует заранее определиться, какой цвет вам наиболее удобен. Понятие цветовой температуры не связано конкретно со светодиодными лампами, его нельзя привязать и к определенному источнику, оно зависит лишь от спектрального состава выбранного излучения.

Цветовая температура всегда была у каждого светового прибора, просто при выпуске стандартных ламп накаливания их свечение было только «теплым» желтым (спектр излучения был стандартным).

С появлением люминесцентных и галогеновых источников освещения вошел в обиход белый «холодный» свет. Светодиодные лампы характеризуются еще более широкой цветовой гаммой, за счет чего самостоятельный выбор оптимального освещения усложнился, а все его оттенки стали обуславливаться материалом, из которого выполнялся полупроводник.

Индекс цветопередачи светодиодных ламп

Индекс цветопередачи характеризует возможность воспринимать градации цвета. Когда температура света светодиодных ламп ниже 3200 К цветовое восприятие существенно уменьшается. Попробуйте при свете свечи вытащить из коробки цветных карандашей зелёный или коричневый цвет. Поверьте, задача окажется не из лёгких.

Индекс цветопередачи очень чётко регламентируется для автомобильных светодиодных ламп, ведь при плохой цветопередаче может возникнуть ситуация, когда водитель не сможет различить полотно дороги и обочину.

Свет может изменять яркость и насыщенность цветов в помещении. Такое явление называют метамеризмом.

Каждая лампа обладает определенной цветопередачей, которая на упаковке обозначается индексом Ra (или CRl). Данный параметр источника определяется его способностью максимально точно передавать цвета освещаемого объекта.

Лучшего результата вы добьетесь, используя лампы с индексом цветопередачи от 80 Ra и выше. Это позволит всем цветам интерьера выглядеть наиболее естественно.

Различные типы ламп, обладая одинаковой цветовой температурой, могут передавать цвета по-разному. Индекс цветопередачи определяет степень отклонения цвета предметов интерьера от его настоящего при освещении той или иной лампой.

Особенности восприятия цвета

Человеческий глаз устроен таким образом, что чутко улавливает изменения цветовой температуры в диапазоне от 2500 до 10000 К. При этом ученые доказали, что именно от этого параметра освещения во многом зависит психосоматическое состояние.

Влияние цвета на эмоции

Самая приятная для человеческого глаза температура света относится к оранжевому и желтому спектру. Такой свет успокаивает и расслабляет. Лампы с такой цветовой температурой рекомендуют использовать в утренние и вечерние часы, чтобы сделать приятным пробуждение и полноценно отдохнуть после работы.

Холодные оттенки хороши для работы. Неслучайно в офисах чаще всего устанавливают лампы с холодным белым светом: они помогают сконцентрироваться, не дают отвлекаться от дел. Однако дома такие лампочки будут играть в минус: они перегружают нервную систему, могут спровоцировать тревожное состояние и бессонницу.

Оттенки, тяготеющие к синему спектру (цветовая температура более 6000 К) дают максимальное цветоразличение и четкость восприятия объектов, однако пребывание в помещении с таким светом в течение длительного времени вредит здоровью. Как правило, подобные лампы устанавливают в музеях, чертежных мастерских, ювелирных магазинах, в комнатах осмотра в больницах и т.д.

Связь цветовой температуры и освещения

Если уровень освещенности низкий, то лучше всего воспринимаются теплые тона, как у обычной лампы накаливания. Такое освещение может расслаблять и успокаивать. Если увеличивать уровень освещенности, то возникнет обратный эффект, цвета начнут искажаться и находиться в помещении будет некомфортно. В то же время если вкрутить одну лампочку с высокой цветовой температурой на большое помещение, появится ощущение тревожности (вспомните, как люди воспринимают лунный свет).

Примерная закономерность выглядит так:

• освещенность менее 700 Лк — выберите теплый свет (до 2700-3400 К);
• освещенность 700-2500 Лк — выберите холодный свет (3000-5000 К).

Вот диаграмма, которая показывает, как изменяется восприятие цветовой температуры в зависимости от уровня освещенности:

Еще одна интересная закономерность между цветовой температурой и освещением касается видимости в «зашумленной» оптической среде

Вы обращали внимание, что противотуманные фары имеют желтый свет? Дело в том, что длина волны у него в несколько раз больше, чем у белого света. Желтый свет не отражается от мелких предметов (в частности, водяной пыли), а огибает их

За счет этого при включении противотуманных фар водитель видит дорогу дальше, чем если бы использовал дальние фары с белым светом.

Какие лампы подходят для дома

В квартирах и частных домах белый свет не рекомендован. Не обязательно размещать везде одинаковые светильники, лучше воспользоваться индивидуальными рекомендациями по оборудованию освещения в таких помещениях. Светильники с белым нейтральным светом хорошо подойдут для освещения кухни, санузла, впишуься в интерьер прихожей. Их температура может варьироваться от 4000 K до 5000 K.

Но для спальни, детской и комнат, где вы отдыхаете, предпочтительно использовать теплые тона светового спектра. Тут лучшим решением будет теплый белый свет ближе от 2700 до 3200 K. Он снимет дневную напряженность, создаст уют и позволит расслабиться.

Удобно и эффективно пользоваться нормальным белым светом в зоне чтения и рабочем уголке, а также для подсветки зеркал, перед которыми наносится макияж. Этим вы добьетесь максимального цветового контраста и удобств для выполняемых действий.

Письменный стол ребенка лучше оснастить лампой с температурой 3200-3500 K. Она не создаст излишней усталости для глаз, а близость к белому спектру поможет собраться и настроиться на работу. Для всех светодиодных ламп их рабочая температура указана на упаковке.

Хотя наши глаза на протяжении многих лет привыкли к мягкой белой цветовой температуре лампы накаливания, это не означает, что они обязательно являются самым лучшим вариантом для освещения всего дома.

Например, из-за их теплой цветовой температуры, эти мягкие белые огни часто тянут теплые цвета из комнаты (предметы красного, оранжевого цвета), изменяют контрасты во всем пространстве. Вот несколько советов о том, как наиболее эффективно осветить разные комнаты в вашем доме:

Теплый свет предпочтителен для рекреационных зон, то есть мест, предназначенных для отдыха. Такие лампы устанавливают в спальнях, гостиных. В гостиной лучше комбинировать нейтральный и тёплый свет.

При недостаточном естественном освещении включаем нейтральный или оба, а в вечернее время либо при просмотре телепередач – тёплый. Для спальни однозначно стоит остановиться на лампах тёплого света.

Такие лампы предпочтительнее использовать в помещениях, которые предназначены для зрительной работы. Этот спектр излучения не утомляет глаза и обеспечивает наилучшее цветовосприятие.

Как уже говорилось, холодный белый свет оказывает стимулирующее влияние на наш мозг. В бытовых условиях его используют в ситуациях, где желательна периодическая концентрация внимания, например, смотровые кабинеты, операционные.

Светодиодные лампы с холодным белым светом, размещённые в ванной комнате, помогут утром быстрее войти в рабочий тонус.

Цветовая температура и наши эмоции

Температура света способна напрямую влиять на психологическое состояние человека. Теплые оранжевые и желтоватые оттенки лучше всего использовать для утра, так как они способствуют мягкому пробуждению, настраивают на положительный лад и стимулируют активность.

Также эти оттенки хороши для применения в вечернее время из-за их успокаивающего эффекта.

Источники света с нейтральным белым идеальны для помещений, в которых проводят большое количество времени, работают в течение длительного срока. Такие оттенки наиболее соответствуют полуденному солнечному свету, поэтому организм воспринимает такое освещение как сигнал к активной деятельности.

Лампы с высокой цветовой температурой нельзя использовать долгое время, так как они обладают чрезвычайно активизирующим воздействием на психику человека. При краткосрочном использовании такой свет стимулирует организм. А при долгосрочном возможен обратный эффект — торможения, депрессии.

При низком уровне освещенности (мало света) человек лучше чувствует себя при «теплом свете» (Тцв=3000 К), а если освещенность будет высокая (>700 лк), то появится дискомфорт и боль в глазах. И наоборот: Тцв=5000 К — комфортно от 700 лк до 2500 лк, но при освещенности менее 150 лк свет будет восприниматься тревожно (лунный свет).

Единица измерения цветовой температуры

Для измерения используются Кельвины – в лампах обычно есть обозначение, это цифра с большой буквой «К» в конце или определенный диапазон. Это общепринятый вариант, применяемый во всем мире.

Абсолютно черное тело, принятое за эталон, имеет температуру 0 К, то есть оно поглощает попадающий на него свет. При нагреве до 500-1000°С элемент становится красным, при этом цветовая температура составляет от 800 до 1300 К. Если нагреть тело до 1700°С, то оно станет оранжевым, а показатель возрастет до 2000 К. По мере нагрева цвет станет вначале желтым (2500 К), а после белым (5500 К). Может быть еще и голубой оттенок (9000 К), но для нагрева тела до такой степени понадобится термоядерная реакция.

Чем выше температура нагревания металла, тем белее свет.

Многие варианты можно увидеть в естественных условиях, достаточно посмотреть на небо:

1. Желтый на рассвете, когда солнце только всходит (2500 К).
2. В полдень цветовая температура поднимается до 5500 К.
3. При умеренной облачности показатель составляет около 7000 К.
4. Ясное небо в солнечный день зимой имеет цветовую температуру 15 000 К.

Первым, кто начал проводить серьезные исследования в этой сфере, стал Макс Планк. При его непосредственном участии была создана диаграмма цветности (цветовая модель XYZ), которая используется как в светотехнике, так и в фотографии, видеозаписи, настройке графических редакторов.

Кривая Планка и координаты разных типов источников света на ней.

Примечания

1.  (недоступная ссылка). Дата обращения 9 января 2013.
2. . www.bipm.org. Дата обращения 1 марта 2017.
3. . Resolutions of the 10th CGPM. Bureau International des Poids et Mesures (1954). Дата обращения 6 февраля 2008.
4.  (англ.). SI Brochure: The International System of Units (SI). BIPM. Дата обращения 17 октября 2014.
5.  (англ.)
6. ↑
7. Здесь Х заменяет одну или более значащих цифр, которые были определены в окончательном релизе на основании наиболее точных рекомендаций CODATA
8.  (англ.). Resolution 1 of the 25th CGPM (2014). BIPM. Дата обращения 9 октября 2015.
9.  (недоступная ссылка). Дата обращения 28 декабря 2014.
10. Дойников А. С. // Физическая энциклопедия : / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Большая российская энциклопедия, 1999. — Т. 5: Стробоскопические приборы — Яркость. — С. 422. — 692 с. — 20 000 экз. — ISBN 5-85270-101-7.

Связь с освещением

Визуально определить спектр излучения не всегда получается. На восприятие влияет: цвет стен, мебели, наличие естественного освещения, которое меняется в течение дня, площадь комнаты. Чтобы удобней было ориентироваться в большом количестве показателей, на основе средних характеристик источников подсветки разработаны СанПины.

Они устанавливают рекомендации по нормативам для всех типов помещений.

В частности:

• Для жилых квартир и домов рекомендованы светильники белого теплого спектра от 2800 до 3500 К. Это лампы накаливания либо флуоресцентные.
• Для санузлов, коридоров в квартирах, офисах, поликлиниках, школах устанавливают нейтральный свет 3700–5500 К.
• Для операционных, лабораторий, уличной подсветки применяют холодный белый диапазон 5500–7500 К.

Связь цветовой температуры и освещения

Четкое знание табличных значений данной характеристики помогает осознать, о каком цвете будет идти дальше речь. Каждый из нас отличается своим цветовосприятием, поэтому определить визуально холодность или теплоту светового потока удается лишь единицам.

За основу принимают усредненные показатели группы изделий, работающих в заданном спектре, а при окончательном выборе светодиодных светильников учитывают конкретные условия их эксплуатации (место установки, освещаемое пространство, назначение и др.).

1. Сегодня все источники освещения в зависимости от их диапазона свечения относят к трем основным группам:
2. теплого белого света – работают в температурном диапазоне от 2700 K до 3200K . Излучаемый ими спектр белого теплого света сильно схож со свечением обычной лампы накаливания. Лампы с такой цветовой температурой рекомендованы к использованию в жилых помещениях.
3. дневного белого света (нормального белого) – в диапазоне от 3500 K до 5000 K. Их свечение визуально ассоциируется с солнечным утренним светом. Это световой поток нейтрального диапазона, который можно использовать в квартирных технических помещениях (прихожей, ванной, туалете), офисах, учебных классах, производственных цехах и так далее.
4. холодного белого света (дневного белого) – в диапазоне от 5000 K до 7000 K. Напоминает яркий дневной свет. Им освещают больничные корпуса, технические лаборатории, парки, аллеи, парковки, рекламные щиты и др.

Казалось бы, для чего нужны светодиоды теплого и холодного цветов, если они не способны обеспечить нормальные условия восприятия.

Одной из основных областей применения светодиодов с низкой цветовой температурой (2400-3000 К) — освещение в «зашумленной» оптической среде. Проще говоря, освещение в условиях плохой видимости.

Возьмём автомобильную фару. При сильном тумане белый свет из-за малой длины волны отражается от водяной пыли, что существенно ограничивает дальность видимости. У желтого света длинна волны в несколько раз больше, она не отражается от мелких предметов, а огибает их. Поэтому противотуманные фары в автомобилях делают жёлтого цвета.

В то же время короткие волны распространяются без затухания дальше. В качестве аналогии рассмотрим радиоволны и жесткое коротковолновое рентгеновское излучение.

Радиоволну блокирует даже тонкий лист металла, а для защиты от рентгена используют толстый свинец. Холодный белый свет используют в системах дальнего оповещения, прожекторах, сигнальных и поисковых фонарях.

Соглашения об использовании

Согласно Международное бюро мер и весов, когда произносится или произносится по буквам, единица ставится во множественное число с использованием тех же грамматических правил, что и для других такой как вольт или же ом (например, «… тройная точка воды ровно 273,16 кельвина»). Когда делается ссылка на «Кельвин шкала«, слово» кельвин «, которое обычно является существительным, функционирует прилагательно для изменения существительного «масштаб» и пишется с большой буквы. Как и в случае с большинством других символов единиц СИ (за исключением символов угла, например, 45 ° 3 ‘4 ″), между числовым значением и символом кельвина (например, «99,987 K») есть пробел. (Руководство по стилю для ЦЕРН, однако, специально говорит всегда использовать «кельвин», даже во множественном числе.)

До 13-го CGPM в 1967–1968 годах единица измерения кельвина называлась «градусом», как и другие температурные шкалы того времени. Его отличали от других шкал либо суффиксом прилагательного «Кельвин» («градус Кельвина»), либо «абсолютным» («абсолютным градусом»), а его символом было ° K. Последний термин (абсолютная степень), который был официальным названием подразделения с 1948 по 1954 год, был неоднозначным, поскольку его также можно было интерпретировать как относящийся к Шкала Ренкина. До 13-го CGPM форма множественного числа была «абсолютные степени». 13-я ГКБМ изменила название единицы на просто «кельвин» (символ: K). Отсутствие «степени» указывает на то, что она не относится к произвольной контрольной точке, такой как шкала Цельсия и Фаренгейта (хотя шкала Ренкина продолжала использовать «градус Ренкина»), а скорее абсолютная единица измерения, которой можно манипулировать алгебраически ( например, умноженное на два, чтобы указать удвоенное количество «средней энергии», доступной среди элементарных степеней свободы системы).

Какие лампы подходят для дома?

В квартирах удобнее всего устанавливать лампочки с регулируемой цветовой температурой. Очень удобно, когда с утра можно включить мягкий свет теплого спектра, а вечером, для работы или уроков — нейтральный или холодный белый.

Не стоит подбирать все лампы в доме одной цветовой температуры. Вы вполне можете выбрать для прихожей с одним источником света лампочку с теплым белым светом (помните, что чем меньше освещенность в Лм, тем теплее должен быть диапазон у лампочки для комфортного освещения). А в гостиную или столовую с точечным освещением на потолке подобрать светодиоды с нейтральным белым или холодным белым светом.

Фаренгейт, Цельсий и Кельвин

 Немец Габриэль Фаренгейт предложил свою шкалу зимой 1709 года. 

За ноль он принял точку, до которой опустилась ртуть в его термометре в один очень холодный зимний день в Данциге (ныне польский Гданьск). Чтобы вы имели представление, что называлось для тех мест очень холодно, это около 18 градусов мороза по Цельсию. В качестве другой отправной точки он выбрал самую распространенную и относительно постоянную температуру – температуру человеческого тела.

По этой схеме вода замерзала при +32, а кипела при +212. Все это, конечно, при давлении на нулевой отметке по высоте, то есть на уровне моря, где собственно и был расположен Данциг – знаменитый морской порт.

Шкалой Фаренгейта привыкли пользоваться в теплых странах, где нет больших перепадов температуры, и термометры не показывают отрицательных значений. Прилетев в США и увидев, что там +50, не пугайтесь. Это по Фаренгейту, а по-нашему, по Цельсию, это всего +10. 

И чтобы быстренько пересчитать, отнимите 32 от непонятной температуры и оставшееся разделите на 1,8.

Через 33 года после Фаренгейта, шведский астроном Андерс Цельсий предложил свою шкалу. 

В 1742 году Цельсий за ноль взял температуру смеси воды и льда, а за 100 градусов – температуру кипения воды. 

Таким образом, за один градус принимается сотая часть интервала между двумя крайними точками: замерзанием и кипением воды. Эта шкала, конечно, более привычная для нас, чем непонятная шкала Фаренгейта. И чтобы американцы, приезжая в гости в другую страну, понимали, где тепло, а где холодно, им надо произвести несложные вычисления: умножить непонятную им температуру на 2 и прибавить еще 30. И тогда они получат им понятные градусы Фаренгейта. Впрочем, они могут воспользоваться и другим способом подсчета. Поймав сверчка, подсчитав сколько раз он прострекочет за 14 секунд и прибавив 40, можно узнать пресловутые градусы Фаренгейта.

Абсолютная температурная шкала Кельвина нашла широкое применение в науке. 

Она была предложена английским ученым Уильямом Томсоном (он же лорд Кельвин), для наиболее точного способа измерения температуры во всех мыслимых ситуациях. По этой шкале нулевая точка, или абсолютный ноль, — самая низкая температура, какая только возможна. Это некое теоретическое состояние вещества, при котором его молекулы полностью перестают двигаться. Для понимания скажу, что это –273 градуса Цельсия. А значит наш ноль равен +273 градуса Кельвина. А вот температура, которая возникает при атомных взрывах, самая высокая, получаемая на Земле, составляет более миллиона градусов Кельвина. И эта шкала в основном применяется в научных целях. В отличие от шкалы Реомюра, которая была предложена еще до Цельсия, в 1731 году, французом Рене де Реомюром. Она использовала свойство спирта расширяться. Но за нижнюю точку было принято замерзание воды.