Der Wikipedia-Artikel zur jüngsten Änderung der Definition der SI-Basiseinheiten nennt als Grund für die Änderung der Definition des Kelvins:
In einem 2007 vom Beratenden Ausschuss für Thermometrie (CCT) an das CIPM veröffentlichten Bericht wurde festgestellt, dass sich ihre derzeitige Definition der Temperatur für Temperaturen unter 20 K (–253 ° C; –424 ° F) und für Temperaturen über 1.300 als unbefriedigend erwiesen hat K (1.030 ° C; 1.880 ° F).
Sicher, ich verstehe, dass es unbefriedigend ist, die Temperatur an ein physikalisches Artefakt zu binden, selbst an ein hochgradig reproduzierbares wie den Tripelpunkt von Wasser. Aber die Art und Weise, wie es formuliert ist, impliziert ein bedeutenderes Problem, als ob Temperaturmessungen außerhalb dieses Bereichs weniger genau oder weniger zuverlässig wären. Was ist das für ein Problem?
Die beste Ressource, die ich gefunden habe, die die Mängel der vorherigen Definition des Kelvins beschreibt, ist
Die Kelvin-Neudefinition und ihre mise en pratique . B. Fellmuth et al. Phil. Trans. R. Soc. A 374 , 20150037 (2016) .
Grundsätzlich ist das Kelvin vor 2018, das über den Tripelpunkt von Wasser definiert und über die ITS-90 -Skala auf den gesamten Temperaturbereich übertragen wird, das Beste, was wir für die meisten Temperaturbereiche haben, aber es kann bei sehr niedrig und sehr verbessert werden hohe Temperaturen:
Während die Neudefinition des Kelvins keine Auswirkungen auf den Status des ITS-90 oder PLTS-2000 haben wird, wird es erhebliche Vorteile geben, insbesondere für Temperaturmessungen unter etwa 20 K und über etwa 1300 K, wo Primärthermometer einen niedrigeren Wert bieten können thermodynamische Unsicherheit, als sie derzeit mit den definierten Skalen verfügbar ist.
Hier bezieht sich die primäre Thermometrie auf die direkte Messung der thermodynamischen Temperatur , wie sie in der statistischen Mechanik definiert ist (siehe aber Abschnitt 3 des Artikels für eine genauere Definition). Dies kann mit einer Vielzahl von Methoden erfolgen, aber mit der derzeitigen Technologie sind diese Methoden nur in der Lage, eine bessere Stabilität, Präzision und Reproduzierbarkeit in den oben erwähnten Bereichen < 20 K und > 1300 K zu erreichen. Im mittleren Intervall hat die Definitionsänderung keinen Einfluss auf die praktische Thermometrie:
Insbesondere die genauesten Temperaturmessungen im Kerntemperaturbereich von ca. 25 bis 1235 K werden zumindest zunächst weiterhin auf nach ITS-90 kalibrierte Platin-Standard-Widerstandsthermometer rückführbar sein.
Damit bleiben uns also zwei Bereiche, in denen es Primärthermometrie-Methoden gibt, die die ITS-90-Präzision übertreffen:
Bei sehr niedrigen Temperaturen können Sie die akustische Gasthermometrie verwenden , bei der Sie ein verdünntes Gas haben, das Sie als ideales Gas behandeln können, was ein äußerst gut charakterisiertes System ist. Hier misst man die Schallgeschwindigkeit, die auf verständliche Weise von der Temperatur abhängt.
Bei sehr hohen Temperaturen verwendet die radiometrische Thermometrie das Plancksche Spektralgesetz, um aus dem Spektrum der von ihm emittierten elektromagnetischen Strahlung auf die Temperatur eines glühenden Objekts zu schließen. Dies ist wiederum ein gut charakterisiertes System, bei dem die thermodynamische Temperatur nur über eintritt zu den messbaren Observablen.
Mit Blick auf die Zukunft scheinen Metrologen auch zu erwarten, dass das Tempo der Verbesserung der Präzision und Reproduzierbarkeit in der Primärthermometrie weiterhin das Tempo praktischer Temperaturskalen übertreffen wird, was bedeutet, dass dies der Fall ist -basierte Thermometrie wird ITS-90 schließlich in andere Temperaturbereiche verdrängen. Diese Zukunftssicherheit ist ein wichtiger Aspekt bei der Umstellung auf eine auf universellen Konstanten basierende Definition.
Vorerst sind jedoch nur diese beiden extremen Temperaturbereiche betroffen.
Es ist schwierig, die Boltzmann-Konstante aus der Temperatur des Tripelpunkts zu bestimmen. Das ist einfacher bei extrem niedrigen Temperaturen (mit statistischer Mechanik) oder bei sehr hohen Temperaturen (durch Strahlung).
Bei Umgebungstemperaturen erfolgt die Verbindung zur Boltzmann-Konstante durch die Verwendung von Gasthermometern. Sehr umständlich und nicht so präzise wie in den anderen Bereichen.
ITS-90 bleibt in Kraft. Zur Kalibrierung von Thermometern bei Umgebungstemperatur wird weiterhin der Tripelpunkt von Wasser verwendet.
Ich denke, das Problem besteht darin, dass die von Ihnen angegebenen Temperaturen weit vom Tripelpunkt von Wasser entfernt sind und kein Thermometer Ihre angegebenen Temperaturen vom Tripelpunkt von Wasser genau erreichen kann.
Eine Definition des Kelvins, die den Wert der Boltzmann-Konstante festlegt, ermöglicht es, Thermometer so zu konstruieren, dass sie für den interessierenden Temperaturbereich geeignet sind, ohne durch die Notwendigkeit beeinträchtigt zu werden, beim TPW gut zu funktionieren. Die neue Kelvin-Definition ermöglicht es im Prinzip, alle Zustandsgleichungen, die die Temperatur beinhalten, für rückführbare Temperaturmessungen zu verwenden.
Entnommen aus der Boltzmann-Konstante und dem neuen Kelvin , das 2015 geschrieben wurde und einen schönen Überblick gibt.
Färcher
Emilio Pisanty