¿Por qué hay una unidad SI separada para la temperatura?
Suponiendo que tengo los siguientes hechos correctos:
- Hay 7 unidades SI: masa (kg), longitud (m), tiempo (s), corriente (A), temperatura (K), intensidad luminosa (cd), cantidad de sustancia (mol).
- La energía térmica es esencialmente nada más que energía cinética.
- La temperatura es una medida de energía térmica (por tanto, medida de energía cinética).
- La energía cinética se puede expresar en $[M^1 L^2 T^{-2}]$ (una función de masa, longitud y tiempo).
Según estos hechos, kelvin (unidad SI para temperatura) también es una función de la masa, la longitud y el tiempo. Si es así, ¿por qué necesitamos una unidad SI separada especialmente para la temperatura? ¿Me estoy perdiendo de algo?
Respuestas
Buena pregunta. En cualquier sistema de unidades, el factor de proporcionalidad entre la unidad de temperatura y la unidad de energía es la constante de Boltzmann . Si establecemos la constante de Boltzmann en$1$- como sucede en el sistema de unidades de Planck - entonces, en efecto, estamos midiendo la temperatura y la energía en las mismas unidades.
Sin embargo, el uso de unidades Planck en la vida cotidiana crearía dificultades prácticas, debido a que la temperatura de Planck es muy alta: la temperatura de una taza de té es aproximadamente $2 \times 10^{-30}$Unidades Planck. Puede pensar en esto como una medida de cuán pequeños son los átomos: un objeto cotidiano contiene una gran cantidad de átomos, por lo que su energía térmica promedio por átomo es muy pequeña en comparación con su energía cinética macroscópica, energía potencial, etc. conjunto de unidades en las que tanto las energías macroscópicas típicas como las temperaturas tienen valores razonables (ni demasiado grandes ni demasiado pequeños), debe establecer la constante de Boltzmann en un valor muy pequeño.