Termodynaaminen lämpötila - kelvin (K)

Määritelmä: Kelvin on 1/273,16 veden kolmoispisteen termodynaamisesta lämpötilasta (CGPM 1967). Veden isotooppikoostumus tulee olla seuraava (CGPM 2005): 0.000 155 76 moolia 2H jokaista moolia 1H kohti, 0. 000 379 9 moolia 17O jokaista 16O moolia kohti sekä 0.002 005 2 moolia 18O jokaista 16O moolia kohti. Lämpötila on statistinen suure, ja se määritellään ideaalikaasun tilayhtälön avulla:

pV = NkT,

missä p on kaasun paine, V on kaasun tilavuus, N on kaasumolekyylien lukumäärä, k on Boltzmannin vakio 1,3807 x 10-23 J/K, ja T on termodynaaminen lämpötila, jonka yksikkö on 1 K (Kelvin). Termodynaamisen lämpötilan nollapiste on absoluuttinen nolla (0 K eli -273,15 °C), ja toinen tärkeä piste on veden kolmoispisteen lämpötila, joka on määritelty arvoksi 273,16 K (0,01 °C), siten 1 K = [T (veden kolmoispiste) - T (absoluuttinen nolla)] / 273,16 = (273,16 K - 0 K) / 273,16. Kelvin on yhtä suuri kuin Celsiusaste, mutta termodynaamisen lämpötilan lukuarvo on eri kuin Celsius-asteikon lukuarvo. Jos esim. lämpötila on 23,00 °C, on vastaava arvo termodynaamisena lämpötilana annettuna 296,15 K.

Toteutus: Koska termodynaaminen lämpötila on vaikeasti hallittavissa oleva suure, on v. 1927 lähtien kehitetty kansainvälisiä käytännöllisiä lämpötila-asteikkoja, jotka perustuvat kiintopisteisiin. Kiintopiste koostuu mahdollisimman puhtaasta metallista, jonka sulamis- tai jähmettymislämpötila on mahdollisimman hyvin toistuva. Vuoden 1927 lämpötila-asteikosta ITS-27 (International Temperature Scale of 1927) on kehitetty ITS-90.pdf, joka on tänään käytössä. ITS-90 lämpötila-asteikkoa realisoidaan kiintopisteillä ja vastuslämpömittareilla lämpötilaan 961,78 °C asti (hopeapiste) ja tästä lämpötilasta ylöspäin hopea - tai kuparipisteen avulla kalibroidulla infrapunalämpömittarilla.

MIKESin toteuttamat kiintopisteet ovat

​KiintopisteLämpötila (°C) Laboratorion paras mittauskyky (°C)
​Argonin kolmoispiste​-189,3442​0,002
​Elohopean kolmoispiste​-38,8344​0,0008
​Veden kolmoispiste​0,01​0,0002
​Galliumin sulamispiste​29,7646​0,0010
​Tinan jähmettymispiste​​231,928​0,0009
​Sinkin jähmettymispiste​​419,527​0,0015
​Alumiinin jähmettymispiste
Hopean jähmettymispiste
​660,323
961,78
​0,010
0,015
​Hopean jähmettymispiste
(mustan kappaleen säteilijä)
​961,78​0,2
​Kuparin jähmettymispiste
(mustan kappaleen säteilijä)
​1084,62​0,2


Taustaa: Lasilämpömittari keksittiin 1600-luvulla. Galileo Galilei oli jo vuonna 1592 rakentanut lämpömittarin nesteellä täytetystä lasiputkesta ja lasikuulista, jotka oli täytetty muilla nesteillä. Vuonna 1742 Anders Celsius esitteli asteikon, jossa nolla astetta oli veden kiehumispiste ja sata astetta lumen sulamispiste. Vuonna 1745 kuuluisa kasvitieteilijä Carl von Linné tilasi Celsiuksen seuraajalta, Märten Strömeriltä lämpömittarin, jonka asteikko oli käännetty. Nykyään celsiusasteikon kiintopisteet ovat jääpiste 273,15 K = 0 °C ja veden kiehumispiste 373,15 K = 100 °C. Celsiusastekon jakoväli on täsmälleen sama kuin Kelvin-asteikon. Celsiusasteikon lämpötiloja merkitään yleensä tunnuksella t ja Kelvin-asteikon lämpötiloja tunnuksella T.

Mittatekniikan keskuksen lämpötilalaboratorio on vuodesta 1983 alkaen toiminut Teknillisen Tarkastuslaitoksen vakaustoimiston, vuodesta 1985 alkaen Teknillisen tarkastuskeskuksen vakaustoimiston ja vuodesta 1991 lähtien Mittatekniikan keskuksen lämpötilan kansallisena mittauspaikkana. Vuonna 1995 lämpötilalaboratorio nimettiin kansalliseksi mittanormaalilaboratorioksi. Laboratorion tärkein tehtävä on lämpötila-asteikon siirtäminen akkreditoiduille laboratorioille, ja lämpötilan mittauslaitteiden kalibrointi. Kansainvälinen lämpötila-asteikko ITS-90 realisoidaan asteikkoon kuuluvien kiintopistekennojen avulla mittasiltaa, vastusantureita tai infrapunalämpömittareita käyttäen.