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{{Otheruses|温度の単位|その他|ケルヴィン (曖昧さ回避)}}
{{単位
{{単位
|名称=ケルビン
|名称=ケルビン
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}}
'''ケルビン'''（{{lang-en|kelvin}}, 記号: K）は、[[熱力学温度]]（絶対温度）の[[物理単位|単位]]である。[[国際単位系]]において[[SI基本単位|基本単位]]の一つとして位置づけられている。[[1948年]]の[[国際度量衡局]] (BIPM) の調査の結果、[[1954年]]の第10回[[国際度量衡総会]] (CGPM) で熱力学温度の基本単位として承認された<ref>[[#SI8thja|国際文書 国際単位系 (SI) 第 8 版日本語版 (2006)]] p. 20, 24。</ref>。
'''ケルビン'''（{{lang-en|kelvin}}, 記号: K）は、[[熱力学温度]]（絶対温度）の[[物理単位|単位]]である。[[国際単位系]] (SI) において[[SI基本単位|基本単位]]の一つとして位置づけられている。


ケルビンの名は[[イギリス]]の[[物理学者]]であるケルビン卿[[ウィリアム・トムソン]]にちなんで付けられた。なお、ケルビン卿の通称は彼が研究生活を送った[[グラスゴー]]にあるケルビン川から取られている。
ケルビンの名は、[[イギリス]]の[[物理学者]]で、絶対温度目盛りの必要性を説いたケルビン卿[[ウィリアム・トムソン]]にちなんで付けられた。なお、ケルビン卿の通称は彼が研究生活を送った[[グラスゴー]]にある{{仮リンク|ケルビン川|en|River Kelvin}}から取られている。


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==定義==
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ケルビンは国際単位系の単位であり、単位記号は大文字の K で書き出すのが正しい（その他、人名に由来する単位には大文字が用いられる）<ref>[[#SI8thja|国際文書 国際単位系 (SI) 第 8 版日本語版 (2006)]] p. 42。</ref>。「度」や「{{°}}」を付けることは無い。「度」は測定の[[尺度]]であり、「ケルビン」は測定の[[単位]]であることを表している。ただし、[[1967年]]の第13回[[国際度量衡総会]]まではケルビン度（記号: {{°}}K）が使用されていた<ref>[[#SI8thja|国際文書 国際単位系 (SI) 第 8 版日本語版 (2006)]] p. 59, 61。</ref>。
国際単位系におけるケルビンの定義は以下の通りである<ref name=res413>{{cite web |title=Resolution 4: Definition of the SI unit of thermodynamic temperature (kelvin) |work=Resolutions of the 13th CGPM |url=http://www.bipm.fr/en/CGPM/db/13/4/ |publisher=Bureau International des Poids et Mesures |year=1967 |accessdate=2008-02-06}}</ref>。

また、ケルビンは[[色温度]]の単位としても用いられる<ref>{{Cite web|url = https://www.sugatsune.co.jp/technology/illumi-l.php|title = 技術情報|accessdate = 2015-10-29|publisher = スガツネ工業}}</ref>。

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== 定義 ==
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{{see also|新しいSIの定義}}
: 熱力学温度の単位、ケルビンは、[[三重点|水の三重点]]の熱力学温度の1/273.16である。
: 熱力学温度の単位、ケルビンは、[[三重点|水の三重点]]の熱力学温度の1/273.16である。
: 補足：この定義は、下記の[[物質量]]の比により厳密に定義された[[同位体]]組成を持つ水に関するものである
: 補足：この定義は、下記の[[物質量]]の比により厳密に定義された[[同位体]]組成を持つ水に関するものである（後述）。
:* {{Val|1|ul=mol}} の [[水素|{{Chem|1|H}}]] あたり {{val|0.00015576|u=mol}} の [[重水素|{{Chem|2|H}}]]
:* {{Val|1|ul=mol}} の [[水素|{{Chem|1|H}}]] あたり {{val|0.00015576|u=mol}} の [[重水素|{{Chem|2|H}}]]
:* {{Val|1|u=mol}} の [[酸素16|{{Chem|16|O}}]] あたり {{val|0.0003799|u=mol}} の [[酸素の同位体|{{Chem|17|O}}]]
:* {{Val|1|u=mol}} の [[酸素16|{{Chem|16|O}}]] あたり {{val|0.0003799|u=mol}} の [[酸素の同位体|{{Chem|17|O}}]]
:* {{Val|1|u=mol}} の {{Chem|16|O}} あたり {{val|0.0020052|u=mol}} の {{Chem|18|O}}
:* {{Val|1|u=mol}} の {{Chem|16|O}} あたり {{val|0.0020052|u=mol}} の {{Chem|18|O}}


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ケルビンが熱力学温度の単位であることから、[[絶対零度]]は0ケルビンと定まる。さらに、1ケルビンを[[水]]の[[三重点]]の[[熱力学温度]]の273.16分の1としている。これは、元々は[[セルシウス度]]の数値から 273.15 を足した（絶対零度を 0 とした）温度目盛りとして定義されたものであったが、現在では逆にセルシウス度がケルビンを元に定義されている<ref group="注">温度の単位としてケルビンを用いることで、[[シャルルの法則]]をより簡便に表すことができる。</ref>。水の三重点の値は厳密に273.16ケルビンである。
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上記の補足は、[[2005年]]の[[国際度量衡委員会]] (CIPM) の会議において追加されたものである<ref>[[#SI8thja|国際文書 国際単位系 (SI) 第 8 版日本語版 (2006)]] p. 24</ref>。その理由は、水の物理的性質は、厳密には、その[[同位体]]組成の違いによって異なるため、[[三重点]]を測定するための水について特定の同位体組成を指定する必要があるからである。ここで指定された[[水#物理的性質]]は、[[水#物理的性質|ウィーン標準平均海水]]（[[:en:Vienna Standard Mean Ocean Water]]）[[:en:VSMOW]]と呼ばれるものであり、厳密な[[水]]の物理的性質を計測する場合の国際[[標準物質]]となっている水である。

ケルビンが熱力学温度の単位であることから、[[絶対零度]]は0ケルビンと定まる。さらに、1ケルビンを[[水]]の[[三重点]]の[[熱力学温度]]の273.16分の1としている。
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これは、元々は[[セルシウス温度]]の数値から 273.15 を足した（絶対零度を 0 とした）温度目盛りとして定義されたものであったが、現在では逆にセルシウス度がケルビンを元に定義されている<ref group="注">温度の単位としてケルビンを用いることで、[[シャルルの法則]]をより簡便に表すことができる。</ref>。水の三重点の値は厳密に273.16ケルビンである。


なお、[[セルシウス度]]の歴史的な定義であった標準大気圧の下での水の[[融点|氷点]]と[[沸点]]は、現在の定義ではそれぞれ {{val|0|u=degC}} および {{val|100|u=degC}} と厳密には一致せず、それぞれ{{val|0.002519|u=degC}}（{{val|273.152519|u = K}}）、{{val|99.9743|u=degC}}（{{val|373.1243|u = K}}） である（[[水#物理的性質]]を参照）。
なお、[[セルシウス度]]の歴史的な定義であった標準大気圧の下での水の[[融点|氷点]]と[[沸点]]は、現在の定義ではそれぞれ {{val|0|u=degC}} および {{val|100|u=degC}} と厳密には一致せず、それぞれ{{val|0.002519|u=degC}}（{{val|273.152519|u = K}}）、{{val|99.9743|u=degC}}（{{val|373.1243|u = K}}） である（[[水#物理的性質]]を参照）。


== 単位の換算 ==
==換算==
{{temperature}}
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[[File:CelsiusKelvinThermometer.jpg|thumb|200px|セルシウス度とケルビンの両方の目盛りが振られた温度計]]
; [[セルシウス温度]] {{mvar|t}} とそれに等しい絶対温度 {{mvar|T}} の関係
; [[セルシウス温度]] {{mvar|t}} とそれに等しい絶対温度 {{mvar|T}} の関係
:<math>t/{}^\circ\text{C} =T/\text{K} -273.15</math>
:<math>t/{}^\circ\text{C} =T/\text{K} -273.15</math>
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: 1 eV/{{mvar|k}}=11,604 K
: 1 eV/{{mvar|k}}=11,604 K
: 1 K ={{val|8.617|e=-5|u=eV}}/{{mvar|k}}
: 1 K ={{val|8.617|e=-5|u=eV}}/{{mvar|k}}

==歴史==
{{see also|熱力学温度|水#物理的性質}}
[[File:Lord Kelvin photograph.jpg|thumb|upright|単位名称の元となった[[ウィリアム・トムソン|ケルビン卿]]]]
1848年、ケルビン卿は論文「絶対温度目盛りについて」(''On an Absolute Thermometric Scale'') で、"infinite cold"（絶対零度）を目盛りのゼロ点とし、温度間隔はセルシウス度と同じとする温度目盛りの必要性を説いた。ケルビン卿は、当時の気温計により絶対零度は−273&nbsp;°Cに等しいと計算した<ref name=lordkelvin>{{cite journal |last=Lord Kelvin|first=William |title=On an Absolute Thermometric Scale |journal=Philosophical Magazine |date=October 1848 |url=http://zapatopi.net/kelvin/papers/on_an_absolute_thermometric_scale.html |accessdate=2008-02-06}}</ref>。この絶対目盛りは今日では「ケルビン熱力学温度目盛り」として知られている。ケルビンが算出した"−273"という数値は、氷点におけるセルシウス度あたりの気体の膨張率 0.00366 の逆数から求めたものであり、現在認められている値ともほぼ一致している。

1954年の第10回[[国際度量衡総会]] (CGPM) の第3決議にて、[[水の三重点]]を正確に273.16ケルビンとする現行の定義が採択された<ref name=res310>{{cite web |title=Resolution 3: Definition of the thermodynamic temperature scale |work=Resolutions of the 10th CGPM |publisher=Bureau International des Poids et Mesures |url=http://www.bipm.fr/en/CGPM/db/10/3/ |year=1954 |accessdate=2008-02-06}}</ref><ref>[[#SI8thja|国際文書 国際単位系 (SI) 第 8 版日本語版 (2006)]] pp.&nbsp;20, 24。</ref>。

1967-1968年の第13回国際度量衡総会の決議3にて、それまでの単位名称「ケルビン度」(degree Kelvin)と記号 °K を改め、単位名称を「ケルビン」(kelvin)、記号を K とした<ref name=res313/><ref>[[#SI8thja|国際文書 国際単位系 (SI) 第 8 版日本語版 (2006)]] pp.&nbsp;59, 61。</ref>。そして、尺度ではなく単位であることを明示するために、決議4にて「熱力学温度の単位、ケルビンは、水の三重点の熱力学温度の{{frac|273.16}}である」と定められた<ref name="res413"/>。

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2005年、[[国際度量衡委員会]] (CIPM) は、定義に使用する水の[[同位体]]組成についての補足を追加した<ref>[[ケルビン#SI8thja|国際文書 国際単位系 (SI) 第 8 版日本語版 (2006)]] pp.&nbsp;85–86『CIPM, 2005年 熱力学温度の単位，ケルビンの定義の明確化』 。</ref>。これは、水の物理的性質は、厳密には、その[[同位体]]組成の違いによって異なるため、[[三重点]]を測定するための水について特定の同位体組成を指定する必要があるからである。ここで指定された水は、[[水#物理的性質|ウィーン標準平均海水]]（[[:en:Vienna Standard Mean Ocean Water]], VSMOW）と呼ばれるものであり、[[水]]の厳密な物理的性質を計測する場合の国際[[標準物質]]となっているものである<ref name=sib2115>{{cite web |title=Unit of thermodynamic temperature (kelvin) |work=SI Brochure, 8th edition |pages=Section 2.1.1.5 |url=http://www1.bipm.org/en/si/si_brochure/chapter2/2-1/2-1-1/kelvin.html |publisher=Bureau International des Poids et Mesures |year=1967 |accessdate=2008-02-06}}</ref>。

==使用上の慣例==
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ケルビンは国際単位系の単位であり、単位記号は大文字の K で書き出すのが正しい（その他、人名に由来する単位には大文字が用いられる）<ref>[[#SI8thja|国際文書 国際単位系 (SI) 第 8 版日本語版 (2006)]] p.&nbsp;42。</ref>。

英語など[[複数形]]と単数形を区別する言語では、[[ボルト (単位)|ボルト]]・[[オーム]]など他のSI単位と同様、数値が1以外のときには複数形で表記される（例：「水の三重点は正確に273.16ケルビンである」は "the triple point of water is exactly 273.16 kelvins" となる<ref name=sib211>{{cite web |title=Rules and style conventions for expressing values of quantities |work=SI Brochure, 8th edition |pages=Section 2.1.1.5 |url=http://www.bipm.org/en/si/si_brochure/chapter2/2-1/kelvin.html |publisher=Bureau International des Poids et Mesures |year=1967 |accessdate=2012-08-27}}</ref>）。「ケルビン温度目盛り ("Kelvin scale")」という用語における"Kelvin"は[[形容詞]]として機能し、この場合は頭文字を大文字で書く。

他の大部分のSI単位の記号（例外は角度の単位（例:45°3′4″））と同様、数値と単位記号の間には、"99.987&nbsp;K" のように空白を入れる<ref name=nist>{{cite web |title=SI Unit rules and style conventions |url=http://physics.nist.gov/cuu/Units/checklist.html |publisher=National Institute of Standards and Technology |date=September 2004 |accessdate=2008-02-06}}</ref><ref name=sib533>{{cite web |title=Rules and style conventions for expressing values of quantities |work=SI Brochure, 8th edition |pages=Section 5.3.3 |url=http://www.bipm.org/en/publications/si-brochure/section5-3.html |publisher=Bureau International des Poids et Mesures |year=1967 |accessdate=2015-12-13}}</ref>。

[[1967年]]の第13回CGPMまで、ケルビンは他の温度の単位と同様、「[[度 (温度)|度]]」(degree)と呼ばれていた。他の温度の単位との区別のために「ケルビン度」("degree Kelvin") や「絶対度」("degree absolute") と呼び、記号を「 {{°}}K」としていた。1948年から1954年までは「絶対度」が正式な単位名称であったが、[[ランキン度]]のことも絶対度と呼ぶことがあり、曖昧さがあった。第13回CGPMで単位名称が「ケルビン」（記号:K）に改められた<ref>{{cite journal |author=Barry N. Taylor |title=Guide for the Use of the International System of Units (SI) |version=Special Publication 811 |format=.PDF |publisher=National Institute of Standards and Technology |url=http://physics.nist.gov/cuu/pdf/sp811.pdf |year=2008 |accessdate=2011-03-05}}</ref>。

「度」（degree, {{°}}）は測定の[[尺度]]であり、セルシウス度（摂氏度）やファーレンハイト度（華氏度）などのように任意の参照点に関連して値が決められていることを意味する。それに対し、「度」のつかない「ケルビン」は、測定の[[単位]]であることを表している。「測定の尺度」においては、数値と実際の物理量は比例しておらず、数値の算術的計算に物理的な意味はない。「測定の単位」の場合は、数値と実際の物理量が比例している。例えば、ケルビンによる値が2倍になるということは、その系の[[内部エネルギー]]が2倍になることを意味する<ref group="注">[[ランキン度]]もケルビン同様「測定の単位」であるが、慣習的に「度」(degree)をつけて呼ぶ。</ref>。

===セルシウス度との併用===
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[[File:CelsiusKelvinThermometer.jpg|thumb|200px|セルシウス度とケルビンの両方の目盛りが振られた温度計]]
科学と技術の分野では、同じ文章中でセルシウス度とケルビンを併用することがしばしばある（例えば「測定値は{{val|0.01028|u=°C}}で、[[不確かさ (測定)|不確かさ]]は60&nbsp;µK」）。ケルビンとセルシウス度の温度の間隔は同じであり、SIにおいてはセルシウス度は「セルシウス温度を表すためのケルビンの特別な名称」とされているので、このような表記は許容される<ref name=sib222>{{cite web |title=Units with special names and symbols; units that incorporate special names and symbols |work=SI Brochure, 8th edition |pages=Section 2.2.2, Table 3 |url=http://www.bipm.org/en/si/si_brochure/chapter2/2-2/table3.html |publisher=Bureau International des Poids et Mesures |year=2006 |accessdate=2016-06-27}}</ref>。第13回CGPMの決議3で「温度間隔はセルシウス度によって表現しても良い」と公式に支持されており<ref name=res313>{{cite web |title=Resolution 3: SI unit of thermodynamic temperature (kelvin) |work=Resolutions of the 13th CGPM |url=http://www.bipm.fr/en/CGPM/db/13/3/ |publisher=Bureau International des Poids et Mesures |year=1967 |accessdate=2008-02-06}}</ref>、「°C」と「K」を併用する習慣は科学的な分野の広範囲にわたり見られる。「µ°C」（マイクロ度、microdegrees Celsius）のような、温度間隔を表すセルシウス度に[[SI接頭辞]]を伴った形の使用は、広く採用されなかった。

==提案中の新しい定義==
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{{see also|新しいSIの定義}}
2007年、測温諮問委員会からCIPMに、現行の定義では、20&nbsp;K以下と{{val|1300|u=K}}以上で十分な計測ができない報告がなされた。測温諮問委員会では、現行の水の[[三重点]]による定義よりも、[[ボルツマン定数]]を基準にした方がより良い温度の計量ができ、低温や高温での計測困難を克服できると考えた<ref>{{cite web|url=http://www.bipm.org/wg/CCT/TG-SI/Allowed/Documents/Report_to_CIPM_2.pdf|format=PDF|title=Report to the CIPM on the implications of changing the definition of the base unit kelvin|author=Fischer, J. et al|date=2 May 2007|accessdate=2011-01-02}}</ref>。CIPMは、ボルツマン定数を正確に{{val|1.3806505|e=-23|u=J/K}}に固定することでケルビンを定義することを提案した<ref name="draft">{{cite web
|url=http://www.bipm.org/utils/en/pdf/si_brochure_draft_ch2.pdf
|title=Draft Chapter 2 for SI Brochure, following redefinitions of the base units
|author=Ian Mills
|publisher=CCU
|date=29 September 2010
|accessdate=2011-01-01}}</ref>。CIPMは、この提案が2011年の第24回CGPMで採択されることを望んでいたが、第24回CGPMでは、この提案は[[新しいSIの定義|SI基本単位全体の見直し]]の一部として考慮すべきとして、採択は2014年のCGPMに延期された<ref>{{cite press release
| url = http://www.bipm.org/utils/en/pdf/Press_release_resolution_1_CGPM.pdf
| title = General Conference on Weights and Measures approves possible changes to the International System of Units, including redefinition of the kilogram.
| publisher = [[国際度量衡総会]]
| location = Sèvres, France
| date = 23 October 2011
| accessdate = 25 October 2011}}</ref>。2014年の第25回CGPMでは、「提示されたデータは、新しいSIの定義を採択するには、十分頑強ではない」として、2018年の第26回CGPMまで改訂を延期することとされた<ref>{{cite web|title=Resolution 1 of the 25th CGPM (2014)|url=http://www.bipm.org/en/CGPM/db/25/1/|publisher=International Bureau for Weights and Measures|location=Sèvres, France|date=21 November 2014|accessdate=2014-12-14}}</ref>。

科学的な視点では、この再定義により、温度の単位が他のSI基本単位と関連づけられ、どんな特定の物質からも独立した安定した定義を得ることができる。実際的な視点では、再定義の影響はほとんどない。水は依然として0&nbsp;°C（273.15&nbsp;K）で凍る<ref>{{cite web |url=http://www.bipm.org/wg/CCT/TG-SI/Allowed/Documents/Updating_the_definition_of_the_kelvin2.pdf |title=Updating the definition of the kelvin |publisher=[[国際度量衡局]] |accessdate=2010-02-23}}</ref>。

==温度以外の使用法==

===色温度===
{{main|色温度}}
{{see also|シュテファン＝ボルツマンの法則}}
ケルビンは、光源の[[色温度]]の単位としても用いられる<ref>{{Cite web|url = https://www.sugatsune.co.jp/technology/illumi-l.php|title = 技術情報|accessdate = 2015-10-29|publisher = スガツネ工業}}</ref>。色温度は、[[黒体]]がその温度に応じた色の光を[[放射]]するという原理に基づく。約{{val|4000|u=K}}以下の温度の黒体は赤みががって見え、約{{val|7500|u=K}}以上の黒体は青っぽく見える。画像投影と[[写真]]撮影の分野において、色温度は重要である。昼光用のフィルムの感光乳剤は約{{val|5600|u=K}}の色温度が要求される。恒星の[[スペクトル分類]]と[[ヘルツシュプルング・ラッセル図]]上の位置は、「{{仮リンク|有効温度 (天体)|en|effective temperature|label=有効温度}}」として知られる恒星の表面温度に基づいている。例えば、[[太陽]]の[[光球]]は、{{val|5778|u=K}}の有効温度を持つ。

デジタルカメラや画像編集ソフトウェアでは、編集や設定メニューで色温度(K)をよく使う。色温度が高くなると、画像は白または青っぽく見えるようになる。Kの値を小さくすると、画像は赤っぽく暖みのある色になる。

===雑音温度===
{{main|雑音指数}}
電子工学において、回路にどれくらい[[ノイズ (電子工学)|ノイズ]]が乗っているか（{{仮リンク|ノイズ・フロア|en|noise floor}}）の指標としてケルビンが使われ、これを{{仮リンク|雑音温度|en|noise temperature}}という。[[熱雑音]]（ジョンソン–ナイキスト・ノイズ）は、[[ボルツマン定数]]に由来するノイズで、{{仮リンク|フリスの雑音の公式|en|Friis formulas for noise}}を使用している回路の雑音温度を決定するのに用いることができる。


== 符号位置 ==
== 符号位置 ==
56行目: 107行目:
{{CharCode|8490|212a|-|ケルビン}}
{{CharCode|8490|212a|-|ケルビン}}
|}
|}
ケルビンの単位記号は、コードポイント{{unichar|212A|kelvin sign}}で[[Unicode]]にコード化されている。しかしこれは、既存の文字コードとの互換性のために用意されている[[Unicodeの互換文字|互換文字]]である。Unicode標準では、この文字の代わりに{{unichar|004B|latin capital letter k}}、つまり普通のアルファベットの大文字の[[K]]を使うことを推奨している。「次の3つの{{仮リンク|文字種記号|en|Letterlike Symbols}}は、普通の文字と正準等価である: {{unichar|2126|ohm sign}}, {{unichar|212A|kelvin sign}}, and {{unichar|212B|angstrom sign}}。これら3つの全ての文字については、普通の文字が使われなければならない。」<ref>{{cite book|title=The Unicode Standard, Version 8.0|date=August 2015|publisher=The Unicode Consortium|location=Mountain View, CA, USA|isbn=978-1-936213-10-8 |section=22.2|url=http://www.unicode.org/versions/Unicode8.0.0/ch22.pdf|accessdate=6 September 2015}}</ref>


== 脚注 ==
== 関連項目 ==
* [[温度の単位の換算]]
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{{脚注ヘルプ}}
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* [[負温度]] - 0 ケルビン未満の絶対温度。非平衡な熱力学系でのみ現れる。
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=== 注釈 ===
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* [[温度の比較]] - 表による比較。
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{{reflist|group="注"}}
* {{仮リンク|1990年国際温度目盛|en|International Temperature Scale of 1990}}
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=== 引用 ===
{{reflist}}


{{温度の単位の比較}}
{{温度の単位の比較}}
68行目: 119行目:
== 参考文献 ==
== 参考文献 ==
* {{cite book|和書|url=http://www.nmij.jp/library/units/si/R8/SI8J.pdf|title=国際文書 国際単位系 (SI)|edition=第 8 版日本語版|year=2006|author=独立行政法人産業技術総合研究所 計量標準総合センター|ref=SI8thja}}
* {{cite book|和書|url=http://www.nmij.jp/library/units/si/R8/SI8J.pdf|title=国際文書 国際単位系 (SI)|edition=第 8 版日本語版|year=2006|author=独立行政法人産業技術総合研究所 計量標準総合センター|ref=SI8thja}}
*{{cite journal |author=Bureau International des Poids et Mesures |title=The International System of Units (SI) Brochure |version=8th Edition |publisher=International Committee for Weights and Measures |url=http://www.bipm.org/utils/common/pdf/si_brochure_8_en.pdf |year=2006 |accessdate=2008-02-06}}


== 関連項目 ==
== 脚注 ==
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{{脚注ヘルプ}}
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*[[負温度]] - 0 ケルビン未満の絶対温度。非平衡な熱力学系でのみ現れる。
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=== 注釈 ===
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*[[温度の比較]] - 表による比較。
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{{reflist|group="注"}}
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=== 出典 ===
{{Reflist|30em}}

==外部リンク==
{{wiktionary}}
* [http://www.rapidtables.com/convert/temperature/kelvin-to-celsius.htm Kelvin to Celsius converter]


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[[Category:温度の単位]]
[[Category:温度の単位]]
[[Category:SI基本単位]]
[[Category:SI基本単位]]

2016年9月4日 (日) 08:47時点における版

曖昧さ回避 この項目では、温度の単位について説明しています。その他の用法については「ケルヴィン (曖昧さ回避)」をご覧ください。
ケルビン
kelvin
記号 K
系 国際単位系 (SI)
種類 基本単位
量 熱力学温度
定義 水の三重点の熱力学温度の 273.16 分の 1
由来 標準大気圧下での水の沸点と氷点の温度差の 100 分の 1
語源 ケルヴィン卿
テンプレートを表示

ケルビン（英語: kelvin, 記号: K）は、熱力学温度（絶対温度）の単位である。国際単位系 (SI) において基本単位の一つとして位置づけられている。

ケルビンの名は、イギリスの物理学者で、絶対温度目盛りの必要性を説いたケルビン卿ウィリアム・トムソンにちなんで付けられた。なお、ケルビン卿の通称は彼が研究生活を送ったグラスゴーにあるケルビン川から取られている。

定義

国際単位系におけるケルビンの定義は以下の通りである[1]。

熱力学温度の単位、ケルビンは、水の三重点の熱力学温度の1/273.16である。
補足：この定義は、下記の物質量の比により厳密に定義された同位体組成を持つ水に関するものである（後述）。
  • 1 mol の 1H あたり 0.00015576 mol の 2H
  • 1 mol の 16O あたり 0.0003799 mol の 17O
  • 1 mol の 16O あたり 0.0020052 mol の 18O

ケルビンが熱力学温度の単位であることから、絶対零度は0ケルビンと定まる。さらに、1ケルビンを水の三重点の熱力学温度の273.16分の1としている。これは、元々はセルシウス度の数値から 273.15 を足した（絶対零度を 0 とした）温度目盛りとして定義されたものであったが、現在では逆にセルシウス度がケルビンを元に定義されている[注 1]。水の三重点の値は厳密に273.16ケルビンである。

なお、セルシウス度の歴史的な定義であった標準大気圧の下での水の氷点と沸点は、現在の定義ではそれぞれ 0 °C および 100 °C と厳密には一致せず、それぞれ0.002519 °C（273.152519 K）、99.9743 °C（373.1243 K） である（水#物理的性質を参照）。

換算

ケルビンから他の単位への換算公式
ケルビンから ケルビンへ
セルシウス度 [°C] = [K] − 273.15 [K] = [°C] + 273.15
ファーレンハイト度 [°F] = [K] × 9⁄5 − 459.67 [K] = ([°F] + 459.67) × 5⁄9
ランキン度 [°R] = [K] × 9⁄5 [K] = [°R] × 5⁄9
温度の間隔は以下のようになっている。
1 K = 1 °C = 9⁄5 °F = 9⁄5 °R
他の温度の単位への換算
セルシウス温度 t とそれに等しい絶対温度 T の関係

なお、量記号を単位記号で割ったものは、その量をその単位で計ったときの数値を表す。

ファーレンハイト温度 θ とそれに等しい絶対温度 T の関係
熱力学温度のエネルギーによる表現
プラズマ物理学の分野では温度を慣例的にエネルギーの単位である電子ボルト（記号: eV）で示すことがある。
その温度における分子の平均運動エネルギーに相当し、ボルツマン定数 k=8.617×10−5 eV/K により換算される。
1 eV/k=11,604 K
1 K =8.617×10−5 eV/k

歴史

「熱力学温度」および「水#物理的性質」も参照
単位名称の元となったケルビン卿

1848年、ケルビン卿は論文「絶対温度目盛りについて」(On an Absolute Thermometric Scale) で、"infinite cold"（絶対零度）を目盛りのゼロ点とし、温度間隔はセルシウス度と同じとする温度目盛りの必要性を説いた。ケルビン卿は、当時の気温計により絶対零度は−273 °Cに等しいと計算した[2]。この絶対目盛りは今日では「ケルビン熱力学温度目盛り」として知られている。ケルビンが算出した"−273"という数値は、氷点におけるセルシウス度あたりの気体の膨張率 0.00366 の逆数から求めたものであり、現在認められている値ともほぼ一致している。

1954年の第10回国際度量衡総会 (CGPM) の第3決議にて、水の三重点を正確に273.16ケルビンとする現行の定義が採択された[3][4]。

1967-1968年の第13回国際度量衡総会の決議3にて、それまでの単位名称「ケルビン度」(degree Kelvin)と記号 °K を改め、単位名称を「ケルビン」(kelvin)、記号を K とした[5][6]。そして、尺度ではなく単位であることを明示するために、決議4にて「熱力学温度の単位、ケルビンは、水の三重点の熱力学温度の1⁄273.16である」と定められた[1]。

2005年、国際度量衡委員会 (CIPM) は、定義に使用する水の同位体組成についての補足を追加した[7]。これは、水の物理的性質は、厳密には、その同位体組成の違いによって異なるため、三重点を測定するための水について特定の同位体組成を指定する必要があるからである。ここで指定された水は、ウィーン標準平均海水（en:Vienna Standard Mean Ocean Water, VSMOW）と呼ばれるものであり、水の厳密な物理的性質を計測する場合の国際標準物質となっているものである[8]。

使用上の慣例

ケルビンは国際単位系の単位であり、単位記号は大文字の K で書き出すのが正しい（その他、人名に由来する単位には大文字が用いられる）[9]。

英語など複数形と単数形を区別する言語では、ボルト・オームなど他のSI単位と同様、数値が1以外のときには複数形で表記される（例：「水の三重点は正確に273.16ケルビンである」は "the triple point of water is exactly 273.16 kelvins" となる[10]）。「ケルビン温度目盛り ("Kelvin scale")」という用語における"Kelvin"は形容詞として機能し、この場合は頭文字を大文字で書く。

他の大部分のSI単位の記号（例外は角度の単位（例:45°3′4″））と同様、数値と単位記号の間には、"99.987 K" のように空白を入れる[11][12]。

1967年の第13回CGPMまで、ケルビンは他の温度の単位と同様、「度」(degree)と呼ばれていた。他の温度の単位との区別のために「ケルビン度」("degree Kelvin") や「絶対度」("degree absolute") と呼び、記号を「 °K」としていた。1948年から1954年までは「絶対度」が正式な単位名称であったが、ランキン度のことも絶対度と呼ぶことがあり、曖昧さがあった。第13回CGPMで単位名称が「ケルビン」（記号:K）に改められた[13]。

「度」（degree, °）は測定の尺度であり、セルシウス度（摂氏度）やファーレンハイト度（華氏度）などのように任意の参照点に関連して値が決められていることを意味する。それに対し、「度」のつかない「ケルビン」は、測定の単位であることを表している。「測定の尺度」においては、数値と実際の物理量は比例しておらず、数値の算術的計算に物理的な意味はない。「測定の単位」の場合は、数値と実際の物理量が比例している。例えば、ケルビンによる値が2倍になるということは、その系の内部エネルギーが2倍になることを意味する[注 2]。

セルシウス度との併用

セルシウス度とケルビンの両方の目盛りが振られた温度計

科学と技術の分野では、同じ文章中でセルシウス度とケルビンを併用することがしばしばある（例えば「測定値は0.01028 °Cで、不確かさは60 µK」）。ケルビンとセルシウス度の温度の間隔は同じであり、SIにおいてはセルシウス度は「セルシウス温度を表すためのケルビンの特別な名称」とされているので、このような表記は許容される[14]。第13回CGPMの決議3で「温度間隔はセルシウス度によって表現しても良い」と公式に支持されており[5]、「°C」と「K」を併用する習慣は科学的な分野の広範囲にわたり見られる。「µ°C」（マイクロ度、microdegrees Celsius）のような、温度間隔を表すセルシウス度にSI接頭辞を伴った形の使用は、広く採用されなかった。

提案中の新しい定義

「新しいSIの定義」も参照

2007年、測温諮問委員会からCIPMに、現行の定義では、20 K以下と1300 K以上で十分な計測ができない報告がなされた。測温諮問委員会では、現行の水の三重点による定義よりも、ボルツマン定数を基準にした方がより良い温度の計量ができ、低温や高温での計測困難を克服できると考えた[15]。CIPMは、ボルツマン定数を正確に1.3806505×10−23 J/Kに固定することでケルビンを定義することを提案した[16]。CIPMは、この提案が2011年の第24回CGPMで採択されることを望んでいたが、第24回CGPMでは、この提案はSI基本単位全体の見直しの一部として考慮すべきとして、採択は2014年のCGPMに延期された[17]。2014年の第25回CGPMでは、「提示されたデータは、新しいSIの定義を採択するには、十分頑強ではない」として、2018年の第26回CGPMまで改訂を延期することとされた[18]。

科学的な視点では、この再定義により、温度の単位が他のSI基本単位と関連づけられ、どんな特定の物質からも独立した安定した定義を得ることができる。実際的な視点では、再定義の影響はほとんどない。水は依然として0 °C（273.15 K）で凍る[19]。

温度以外の使用法

色温度

詳細は「色温度」を参照
「シュテファン＝ボルツマンの法則」も参照

ケルビンは、光源の色温度の単位としても用いられる[20]。色温度は、黒体がその温度に応じた色の光を放射するという原理に基づく。約4000 K以下の温度の黒体は赤みががって見え、約7500 K以上の黒体は青っぽく見える。画像投影と写真撮影の分野において、色温度は重要である。昼光用のフィルムの感光乳剤は約5600 Kの色温度が要求される。恒星のスペクトル分類とヘルツシュプルング・ラッセル図上の位置は、「有効温度（英語版）」として知られる恒星の表面温度に基づいている。例えば、太陽の光球は、5778 Kの有効温度を持つ。

デジタルカメラや画像編集ソフトウェアでは、編集や設定メニューで色温度(K)をよく使う。色温度が高くなると、画像は白または青っぽく見えるようになる。Kの値を小さくすると、画像は赤っぽく暖みのある色になる。

雑音温度

詳細は「雑音指数」を参照

電子工学において、回路にどれくらいノイズが乗っているか（ノイズ・フロア）の指標としてケルビンが使われ、これを雑音温度という。熱雑音（ジョンソン–ナイキスト・ノイズ）は、ボルツマン定数に由来するノイズで、フリスの雑音の公式（英語版）を使用している回路の雑音温度を決定するのに用いることができる。

符号位置

記号 Unicode JIS X 0213 文字参照 名称
K U+212A - &#x212A;
&#8490;		 ケルビン

ケルビンの単位記号は、コードポイントU+212A K kelvin signでUnicodeにコード化されている。しかしこれは、既存の文字コードとの互換性のために用意されている互換文字である。Unicode標準では、この文字の代わりにU+004B K latin capital letter k、つまり普通のアルファベットの大文字のKを使うことを推奨している。「次の3つの文字種記号（英語版）は、普通の文字と正準等価である: U+2126 Ω ohm sign, U+212A K kelvin sign, and U+212B Å angstrom sign。これら3つの全ての文字については、普通の文字が使われなければならない。」[21]

関連項目

温度の単位の比較
ケルビン セルシウス度 ファーレンハイト度 ランキン度 ドリール度 ニュートン度 レオミュール度 レーマー度
絶対零度 0 −273.15 −459.67 0 559.725 −90.14 −218.52 −135.90
地球表面の最低気温（※1） 183.95 −89.2 −128.56 331.11 283.8 −29.436 −71.36 −39.33
ファーレンハイトの寒剤 255.37 −17.78 0 459.67 176.67 −5.87 −14.22 −1.83
水の融点（標準状態下） 273.15 0 32 491.67 150 0 0 7.5
地球表面の平均気温 288 15 59 518.67 127.5 4.95 12 15.375
人間の平均体温 309.95 36.8 98.24 557.91 94.8 12.144 29.44 26.82
地球表面の最高気温（※2） 329.85 56.7 134.06 593.73 64.95 18.711 45.36 37.268
水の沸点（標準状態下） 373.15 100 212 671.67 0 33 80 60
チタンの融点 1941 1668 3034 3494 −2352 550 1334 883
太陽の表面温度 5800 5526 9980 10440 −8140 1823 4421 2909

参考文献

脚注

[脚注の使い方]

注釈

  1. ^ 温度の単位としてケルビンを用いることで、シャルルの法則をより簡便に表すことができる。
  2. ^ ランキン度もケルビン同様「測定の単位」であるが、慣習的に「度」(degree)をつけて呼ぶ。

出典

  1. ^ a b “Resolution 4: Definition of the SI unit of thermodynamic temperature (kelvin)”. Resolutions of the 13th CGPM. Bureau International des Poids et Mesures (1967年). 2008年2月6日閲覧。
  2. ^ Lord Kelvin, William (October 1848). “On an Absolute Thermometric Scale”. Philosophical Magazine. http://zapatopi.net/kelvin/papers/on_an_absolute_thermometric_scale.html 2008年2月6日閲覧。. 
  3. ^ “Resolution 3: Definition of the thermodynamic temperature scale”. Resolutions of the 10th CGPM. Bureau International des Poids et Mesures (1954年). 2008年2月6日閲覧。
  4. ^ 国際文書 国際単位系 (SI) 第 8 版日本語版 (2006) pp. 20, 24。
  5. ^ a b “Resolution 3: SI unit of thermodynamic temperature (kelvin)”. Resolutions of the 13th CGPM. Bureau International des Poids et Mesures (1967年). 2008年2月6日閲覧。
  6. ^ 国際文書 国際単位系 (SI) 第 8 版日本語版 (2006) pp. 59, 61。
  7. ^ 国際文書 国際単位系 (SI) 第 8 版日本語版 (2006) pp. 85–86『CIPM, 2005年 熱力学温度の単位，ケルビンの定義の明確化』 。
  8. ^ “Unit of thermodynamic temperature (kelvin)”. SI Brochure, 8th edition. Bureau International des Poids et Mesures. pp. Section 2.1.1.5 (1967年). 2008年2月6日閲覧。
  9. ^ 国際文書 国際単位系 (SI) 第 8 版日本語版 (2006) p. 42。
  10. ^ “Rules and style conventions for expressing values of quantities”. SI Brochure, 8th edition. Bureau International des Poids et Mesures. pp. Section 2.1.1.5 (1967年). 2012年8月27日閲覧。
  11. ^ “SI Unit rules and style conventions”. National Institute of Standards and Technology (2004年9月). 2008年2月6日閲覧。
  12. ^ “Rules and style conventions for expressing values of quantities”. SI Brochure, 8th edition. Bureau International des Poids et Mesures. pp. Section 5.3.3 (1967年). 2015年12月13日閲覧。
  13. ^ Barry N. Taylor (2008) (.PDF). Guide for the Use of the International System of Units (SI). Special Publication 811. National Institute of Standards and Technology. http://physics.nist.gov/cuu/pdf/sp811.pdf 2011年3月5日閲覧。. 
  14. ^ “Units with special names and symbols; units that incorporate special names and symbols”. SI Brochure, 8th edition. Bureau International des Poids et Mesures. pp. Section 2.2.2, Table 3 (2006年). 2016年6月27日閲覧。
  15. ^ Fischer, J. et al (2007年5月2日). “Report to the CIPM on the implications of changing the definition of the base unit kelvin” (PDF). 2011年1月2日閲覧。
  16. ^ Ian Mills (2010年9月29日). “Draft Chapter 2 for SI Brochure, following redefinitions of the base units”. CCU. 2011年1月1日閲覧。
  17. ^ "General Conference on Weights and Measures approves possible changes to the International System of Units, including redefinition of the kilogram" (PDF) (Press release). Sèvres, France: 国際度量衡総会. 23 October 2011. 2011年10月25日閲覧。
  18. ^ “Resolution 1 of the 25th CGPM (2014)”. Sèvres, France: International Bureau for Weights and Measures (2014年11月21日). 2014年12月14日閲覧。
  19. ^ “Updating the definition of the kelvin”. 国際度量衡局. 2010年2月23日閲覧。
  20. ^ “技術情報”. スガツネ工業. 2015年10月29日閲覧。
  21. ^ “22.2”. The Unicode Standard, Version 8.0. Mountain View, CA, USA: The Unicode Consortium. (August 2015). ISBN 978-1-936213-10-8. http://www.unicode.org/versions/Unicode8.0.0/ch22.pdf 2015年9月6日閲覧。 

外部リンク

ウィクショナリーに関連の辞書項目があります。
基本単位
国際単位系（SI単位系）の各単位の相互関係図
組立単位
併用単位
関連項目
カテゴリ Category:SI基本単位
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