Neden sıcaklık için ayrı bir SI birimi var?
Aşağıdaki gerçekleri doğru anladığımı varsayarsak:
- 7 SI birimi vardır - kütle (kg), uzunluk (m), zaman (s), akım (A), sıcaklık (K), ışık şiddeti (cd), madde miktarı (mol).
- Termal enerji özünde kinetik enerjiden başka bir şey değildir.
- Sıcaklık, termal enerjinin bir ölçüsüdür (dolayısıyla kinetik enerjinin ölçüsüdür).
- Kinetik enerji şu şekilde ifade edilebilir: $[M^1 L^2 T^{-2}]$ (kütle, uzunluk ve zamanın bir fonksiyonu).
Bu gerçeklere göre kelvin (sıcaklık için SI birimi) aynı zamanda kütle, uzunluk ve zamanın bir fonksiyonudur. Öyleyse, neden özellikle sıcaklık için ayrı bir SI birimine ihtiyacımız var? Bir şey mi kaçırıyorum?
Yanıtlar
İyi soru. Herhangi bir birim sisteminde, sıcaklık birimi ile enerji birimi arasındaki orantı faktörü Boltzmann sabitidir . Boltzmann sabitini şöyle ayarlarsak$1$- Planck ünitelerinde olduğu gibi - o zaman aslında aynı birimlerde sıcaklık ve enerjiyi ölçüyoruz.
Bununla birlikte, Planck ünitelerini günlük yaşamda kullanmak pratik zorluklar yaratacaktır, çünkü Planck sıcaklığı çok yüksektir - bir fincan çayın sıcaklığı yaklaşık olarak $2 \times 10^{-30}$Planck birimleri. Bunu atomların ne kadar küçük olduğunun bir ölçüsü olarak düşünebilirsiniz - günlük bir nesne çok sayıda atom içerir, dolayısıyla atom başına ortalama termal enerjisi, makroskopik kinetik enerjisi, potansiyel enerjisi vb. İle karşılaştırıldığında çok küçüktür. Hem tipik makroskopik enerjilerin hem de sıcaklıkların makul değerlere sahip olduğu (çok büyük veya çok küçük olmayan) birimler kümesi Boltzmann sabitini çok küçük bir değere ayarlamanız gerekir.