Кельвин

Кратные и дольные единицы

Десятичные кратные и дольные единицы образуют с помощью стандартных приставок СИ .

Понятие цветовой температуры

По определению, данному Максом Планком, цветовой называется температура абсолютно черного тела, при которой оно дает излучение того же тона, что и рассматриваемое излучение. Нагреваясь, металлы дают характерное свечение. С ростом значения спектр смещается в сторону желтого, затем белого, синего и фиолетового. Каждому цвету соответствует своя температура. Если говорить проще что это такое, то цветовая температура показывает оттенок свечения, который излучается источником.

Применяется в астрофизике, колориметрии, фотографии, оптике и других научных исследованиях.

Единицы измерения

Параметр измеряется в градусах Кельвина (К). Это единица измерения термодинамической температуры по Международной системе единиц. 0 К равняется 273 градусам Цельсия. Изначально Кельвин использовали как единицу измерения относительно температуры тройной точки воды. Теперь эта величина используются и в освещении. В определении цветовой температуры кельвин характеризует ход интенсивности излучения источника света.

Что измеряем

Измерение цветовой температуры дает представление о спектральном составе источника и его цветности. Данные о фактическом нагреве источника измеряются другими показателями. На глаз точное значение получить нельзя, для проведения измерений используется дорогостоящее профессиональное оборудование.

Как это работает в обычной жизни

Подобный температурный принцип используется при создании осветительных приборов и выборе их для помещений. Каждая светодиодная лампочка имеет свою цветовую температуру, которую покупателю нужно учитывать при покупке. От качества освещения напрямую зависят состояние здоровья жильцов, сопротивляемость стрессам, усталости.

Соглашения об использовании [ править ]

Согласно Международному бюро мер и весов , при произнесении или произнесении единицы измерения ставятся во множественное число с использованием тех же грамматических правил, что и для других единиц СИ, таких как вольт или ом (например, «… тройная точка воды точно равна 273,16. кельвинов » ). Когда делается ссылка на « шкалу Кельвина », слово «кельвин», которое обычно является существительным, действует адъективно, изменяя существительное «шкала», и пишется с заглавной буквы. Как и в случае с большинством других символов единиц СИ (исключение составляют символы угла, например 45 ° 3 ‘4 ″), между числовым значением и символом кельвина (например, «99,987 K») есть пробел. (Руководство по стилю дляЦЕРН , однако, специально рекомендует 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. Он отличался от других шкал либо суффиксом прилагательного «Кельвин» («градус Кельвина»), либо «абсолютным» («абсолютным градусом») и его символом был ° K. Последний термин (абсолютная степень), который был официальным названием единицы с 1948 по 1954 год, был неоднозначным, поскольку его также можно было интерпретировать как относящийся к шкале 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).

Прочие температурные шкалы

Различные весы используются для измерения на температуру  : масштаб Ньютона (установленный 1700), Romer (1701), F (1724), Реомюр (1731) Делиль (1738) по Цельсию (из C ) (1742), Ренкина (1859 г.), Кельвина ( 1848), Лейден (ок. 1894?), Цельсий (1948).

Где еще применяется?

Очень часто встречается в фото- и видеосъемке, параметр, который настраивает камеру на нужное освещение, называется «Баланс Белого». Он нужен для того, чтобы кадры получались как можно более естественными. Например, лампы на фото фотовспышках на 5500 и 5600, студийный свет может иметь различную температуру, а съёмка вне студии – вообще трудноконтроллируемый процесс.

Влияние настройки «Баланс белого» на картинку в кадре

Как измерить?

Прибор под названием «Спектрометр» создан для измерения интересующей нас величины. Однако он стоит дорого. Бывают двузонные и трёхзонные спектрометры. Двузонные измеряют соотношение синей и красной составляющее спектра, а трёхзональные – сине-красного и красно-зеленого, что может повысить качество измерений. В настоящее время чаще применяется последний тип, пример такого прибора — MinoltaColor Meter. Кстати этих измерений могут быть использованы как экспонометры и люксметры.

Внешние ссылки [ править ]

Международное бюро Poids et Mesures (2006 г.). Брошюра «Международная система единиц (СИ)» (PDF) . 8-е издание. Международный комитет мер и весов . Проверено 6 февраля 2008 года . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )

Несколько

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.

Внутренний холод

Температуры очень низкие удавалось получать в лабораториях, где физики пытались приблизиться к абсолютному нолю хотя бы на короткие промежутки времени. И они смогли подойти к нему очень близко — ближе, чем в открытом космосе.

В лабораториях используются в качестве охладителей многие жидкие газы, однако и они теплее абсолютного ноля. Можно охладить азот до жидкого состояния — этот газ переходит в него при 77 градусах Кельвина (-196 Цельсия). Жидкий азот легко транспортируется в особых емкостях и используется в больницах для хранения биологических образцов, в том числе для замораживания эмбрионов и спермы в клиниках для больных бесплодием; находит он применение и в современной электронике. Если капнуть жидким азотом на цветок гвоздики, он станет до того хрупким, что уроните его на пол — и он разобьется, точно фарфоровый.

Еще холоднее жидкий гелий — всего 4 градуса Кельвина, однако и эта температура изрядно выше абсолютного ноля. А вот при смешивании двух типов гелия — гелия-3 и гелия-4 — достигается температура в несколько тысячных градуса Кельвина.

Для достижения температур еще более низких физикам приходится использовать изощренные методы. В 1994-м ученые Американского национального института стандартов и технологии (NIST), находящегося в Боулдере, штат Колорадо, с помощью лазера охладили атомы цезия до 700 миллиардных градуса Кельвина. Девять лет спустя ученым Массачусетского технологического института удалось пойти дальше, достигнув 0,5 миллиардных градуса Кельвина.

На самом-то деле абсолютный ноль — идея абстрактная. Такую температуру никогда не удавалось получить в лаборатории или измерить в природе. Ученым, подбирающимся к ней все ближе, приходится мириться с тем, что достигнуть ее никогда не удастся. Но почему? Во-первых, любой термометр, сам не имеющий температуру абсолютного ноля, будет отдавать тепло и тем самым сорвет опыт. Во-вторых, измерять температуру при столь низких энергиях вообще затруднительно — начинают работать такие эффекты, как сверхпроводимость, вмешивается квантовая механика, а это воздействует на движение и состояние атомов. Так что мы просто не сможем узнать наверняка, что уже добрались до абсолютного ноля. Абсолютный ноль — это тот самый случай, когда «нет там никакого там».

Как перевести Кельвин на градусы Цельсия

Не составит никакого труда перевести Кельвины в Цельсии. Термодинамическая шкала Kelvin принимается за абсолютную. На ней, в отличие от других измерительных шкал, нет отрицательных значений. Ее началом принято считать абсолютный ноль, ниже которого в природе не существует значений. Переводить градусы Celsius можно научиться даже без специальной программы в смартфоне.

При расчете нужно исходить из того, что ноль градусов Цельсия по Кельвину будет равен 273,15. Перевод одного показателя в другой можно осуществить путем сложения. Например, чтобы перевести 40°C или 100°C в К, надо к 40 или 100 прибавить 273,15 соответственно. Таким образом, 40°C = 313,15 К, 100°C = 373,15К.

Выполняя такие расчеты, необходимо научиться правильно понимать измерения по Kelvin. Когда речь идет об этой шкале, категорически запрещено использовать слово «градусы». Сказать «десять градусов Кельвина» или «на пять градусов Кельвина стало теплее» нельзя. Нужно говорить «десять Кельвинов» или «на пять Кельвинов теперь теплее».

Примечания и ссылки

Заметки

1. С другой стороны, символ кельвина пишется с заглавной буквы в соответствии с нормой СИ, касающейся символа единиц, название которых происходит от имени собственного человека. Строчная буква k также является началом символа СИ для нескольких единиц в «килограммах»: км, кг и  т. Д.  ; в частности, символ килокельвина — kK.
2. Однако есть очень частные случаи, когда мы говорим об отрицательных температурах в K, например, для систем с инверсной населенностью . Однако эта отрицательная температура (T <0 K) не соответствует обычным представлениям о горячем и холодном. Здесь T — производнаяТзнак равно(∂U∂S){\ displaystyle T = \ left ({\ frac {\ partial U} {\ partial S}} \ right) \!}
3. длинный масштаб здесь используется ссылка в франкоязычных странах, в частности во Франции, в Канаде, а также в целом в Европе ( за исключением Великобритании). [Краткая шкала используется в основном в Соединенных Штатах Америки, Бразилии, Великобритании и других англоязычных странах, кроме Канады.

Рекомендации

1. ↑ и
2. (in) Томас Питер , Афанасиос Циас , Бейпинг Луо и Томас Куп , «  Активность воды как фактор , определяющий гомогенное зародышеобразование льда в водных растворах , Nature , vol.  406, п о  6796,август 2000 г., стр.  611-614 .
3. .
4. Кристоф Доусси, »  СИ возвращает свою температуру  «, журнал CNRS Le ,зима 2019, стр.  58-59 .
5. Брошюра SI: Международная система единиц, 9-е издание ( )

6. .
7. .

Перевод в кельвины

Давайте выясним, как перевести в кельвин? Кельвин — это 1/273,15 часть тройной термодинамической температуры точки воды. Но, это очень сложное определение, поэтому очень скоро Кельвин будет выражаться через постоянную Больцмана и секунду.

1. Чтобы перевести градусы Цельсия в градусы Кельвины нужно прибавить 273,15 к заданному по шкале Цельсия значению. Например: температура кипения воды — 100 градусов Цельсия, а в градусах Кельвина она равна: 100+273,15=373,15.Если при расчетах Вам не нужна высокая точность, то сотые или десятые доли градуса можно опустить, прибавив 273 к градусам Цельсия.
2. Перевод же градусов Кельвина в градусы Цельсия осуществим обратным порядком — из заданного в Кельвинах значения вычитаем 273,15. Например: 580,19 Кельвинов будет переведено в градусы Цельсия так: 580,19-273,15=307,04.

Для перевода градусов Кельвины в градусы Цельсия и обратно необходимо иметь лишь калькулятор. Также перевести туда и обратно можно с помощью программ, установленных на Ваш компьютер. Одна из таких программ — «Цельсий-Фаренгейт-Кельвин». Осуществить перевод этих единиц можно, воспользовавшись онлайн-конвертером, которых много в сети Интернет. Такие конвертеры имеют возможность переводить не только в градусы Кельвина, но и в градусы Реомюра.

Теперь Вы знаете, как градусы перевести в кельвины!

t C = t K − 273 , 15 {displaystyle t_{C}=t_{K}-273,15} (температура тройной точки воды +0,01 °C).

Единица названа в честь английского физика Уильяма Томсона , которому было пожаловано звание лорд Кельвин Ларгский из Айршира. В свою очередь, это звание пошло от реки Кельвин , протекающей через территорию университета Глазго .

Выбор светодиодной лампы

Полупроводниковый кристалл светодиода покрыт слоем люминофора, создающим видимый свет, цветовая температура которого зависит от его состава. На фото изображена лампа со светодиодами, где желтым цветом выделяется слой люминофора. Количество кристаллов в одной лампе может быть больше сотни. Их формируют в группы на платах и последовательно запитывают.

Так выглядит лампа со светодиодами

Исследователи установили важность выбора светодиодного светильника, влияющего на работоспособность людей в освещаемом помещении. Наибольшая производительность достигается при нейтральном белом свете 3500-4500К

Его смещение от естественного природного освещения в «теплую» или «холодную» сторону колориметрической шкалы снижает работоспособность. Желтая область спектра создает комфортную обстановку, но при этом снижает производительность при 3000К до 7%, а при 2500К – до 25%. При повышении ЦТ до «холодного» цвета (6000К) производительность сначала возрастает, а затем падает на 25% из-за высокой утомляемости.

Такая оценка эффективности ЦТ не всегда правильная. Для работников, трудящихся на станках, смещение освещения в холодную область способствует повышению концентрации внимания при работе. Также положительный результат дает самое «холодное» освещение в больницах и лабораториях, где требуется максимально сосредоточиться в течение короткого времени.

Теплый и мягкий свет при сдвиге спектра даже до 2500-2700К предпочтителен в ресторанах, театрах, читальных залах и жилых помещениях. Он снижает утомляемость и располагает к отдыху, хотя концентрация несколько падает.

В кухне и ванной смещение к холодному свету создает ощущение чистоты.

Освещение кухни светодиодными светильниками

При оформлении витрин маркетологи создают теплый свет в местах, где продается хлеб, овощи, сыр, фрукты, рыба. А цветы, молочная и мясная продукция должны освещаться в холодном спектре, что дает ощущение свежести.

Бытовая техника с аппаратурой имеют нейтральное освещение или небольшое смещение в холодную сторону спектра. Мебель, косметика и постельные принадлежности продаются лучше, когда их освещает теплый свет. Для подчеркивания функциональности определенного помещения или зоны в нем существуют таблицы, как правильно выбрать освещение.

Цветовая температура

Светом назыается электромагнитное излучение с длиной волны от 440 до 700 нм.

Только в этом диапазоне глаз может воспринимать электромагнитные волны. Меньшие значения соответствуют синей части спектра, а большие значения красной части спектра. Волны за пределами этого диапазона называются инфракрасными (ИК) и ультрафиолетовыми (УФ).

Белым светом человек считает суммарную составляющую всех волн видимого спектра. Так например в цветных телевизорах белый свет образуется смешением трех лучей имеющих разный цвет, и наоборот радуга в небе является разложением белого света на составляющие.

Качественное состояние света принято называть цветовой температурой.

Цветовая температура — это эффективная величина, равная температуре абсолютно черного тела, при которой отношение энергетических яркостей для двух длин волн его спектра равно отношению этих же величин для спектра исследуемого источника света. Цветовая температура (CCT — Correlated Colour Temperature) измеряется в Кельвинах (K). Чем выше значение K, тем холоднее свет.

• Очень тёплый свет: 2500-2800 K
• Тёплый свет: 2800-3500 K
• Нейтральный свет: 3500-5000 K
• Дневной свет: 6000 К
• Холодный свет: 5000 K и выше

Изменения цветовой температуры являются результатом изменения в относительных количествах излучений в сине-фиолетовой или оранжево-красной областях спектра.

Человеческий глаз имеет особенность приспосабливаться к изменению цветовой температуры в диапазоне 3000 К — 10000 К.

Шкала цветовых температур распространённых источников света:

Люминесцентные лампы. Типовые диапазоны цветовой температуры при максимальной светоотдаче современных люминесцентных ламп с многослойным люминофором:

Практические примеры применения:

В салонах мебели лучше всего использовать тёплый свет. Для сохранения спокойной и приятной атмосферы прекрасно подходят лампы с цветовой температурой равной 2500 — 3500 K с индексом цветопередачи Ra равным 85.

Краски, шторы, ткани и обои требуют чёткой видимости. Здесь следует остановить выбор на источнике света с индексом цветопередачи Ra 90-100 и температурой цвета от 5000 K и выше.

Комната с жёлтыми стенами, освещённая жёлтым светом (2500-2800 K) создаёт тяжёлое безжизненное впечатление. Гораздо лучше здесь подойдёт нейтральный белый свет (3500 — 5000 K).

Деревянная мебель + тёплый свет = прекрасная сочетаемость. Наилучший выбор источника света: индекс цветопередачи равен Ra 80-85, цветовая температура равна 2500-3500 K.

Мебель из металла, наоборот, требует холодного освещения (5000 K).

Для освещения изделий из кожи (кресел, стульев, обуви и т.д.) лучше подходит тёплый свет с хорошей цветопередачей (Ra 80-90 и 2500-3500 K)

Летом освещение витрин магазинов требует яркости и прохлады (5000-6000K).

Зимой освещение витрин нуждается в приглушённости и тепле. Зимой цветовой температуры в 2500-3500 K будет более чем достаточно.

Шкала Кельвина

Идея абсолютного ноля появилась в XVIII веке при экстраполяции графика температуры и энергии к нолю. Энергия устойчиво возрастает вместе с температурой, и линию, соединяющую два ее значения, можно продлить в сторону уменьшения до температуры, при которой энергия становится нулевой: -273,15 градуса по шкале Цельсия, или -459,67 градуса по шкале Фаренгейта.

Абсолютный нуль

В XIX веке лорд Кельвин предложил новую температурную шкалу, начинающуюся с абсолютного ноля. По сути дела, это просто сдвинутая шкала Цельсия. Так, вода замерзает при 0 градусов по Цельсию, или при 273 градусах по Кельвину, а закипает при 373 градусах по Кельвину (эквивалент 100 градусам Цельсия). Высшие участки этой шкалы фиксированы, как и тройная точка воды — температура (при определенном давлении), при которой вода, пар и лед могут сосуществовать, — это 273,16 по Кельвину, или 0,01 по Цельсию, при малом давлении (меньше 1% атмосферного). В настоящее время для измерения температуры большинство ученых использует шкалу Кельвина.

Как это работает в обычной жизни

Рассматриваемый показатель влияет не только на качество освещения, но и на восприятие обстановки человеком и даже на его самочувствие. Если помнить несколько аспектов и придерживаться их, можно добиться лучшего эффекта без особых проблем.

Как зависит восприятие

90% информации об окружающем мире человек получает через зрение. Поэтому от освещения во многом зависит восприятие обстановки. Цветовая температура позволяет оформить помещение так, как это нужно в той или иной ситуации:

1. Теплый свет, в Кельвинах обычно показатель составляет 2800-3200, идеально подойдет для спальни или зоны отдыха. Он настраивает на спокойный лад, помогает расслабиться и хорошо отдохнуть.
2. Естественные оттенки (около 4000) создают условия, при которых можно и работать, и отдыхать. Нейтральный вариант обеспечивает наилучшую цветопередачу, при этом излишне не напрягает зрение.
3. Холодные тона (больше 6000) создают хорошие условия для точных работ. Но при этом длительное нахождение в таких условиях нежелательно. Этот вариант часто применяют при оформлении витрин.

Цветовая температура и наши эмоции

Освещение влияет на самочувствие и настроение человека намного больше, чем кажется на первый взгляд. Если грамотно использовать его, можно положительно влиять на организм и обеспечивать нормальные процессы в нем. Надо помнить следующее:

1. Желтоватые тона идеально подойдут для утренних часов. Они способствуют быстрому пробуждению, улучшают настроение и стимулируют процессы жизнедеятельности. Теплота света будет кстати и в вечернее время, когда нужно отдохнуть после рабочего дня и подготовиться ко сну.

2. Нейтральные варианты можно использовать в течение дня, чтобы обеспечить хорошую работоспособность. Они применяются в большинстве помещений дома, так как создают обстановку, приближенную к естественному солнечному свету.

3. Холодные оттенки оказывают стимулирующее воздействие. Они улучшают работоспособность и повышают внимательность. Но длительное время находиться в таком помещении нельзя, это может привести к стрессу и обратному эффекту – повышенной усталости.