켈빈(Kelvin, 기호: K)은 국제단위계(SI)에서 온도의 기본 단위이다. 켈빈은 절대 온도 척도로, 물리학 및 과학 전 분야에서 온도의 측정과 표기를 표준화하기 위해 사용된다. 0 K은 절대 영도와 일치하며, 이는 이론적으로 입자들의 열운동이 완전히 정지하는 온도이다. 켈빈은 섭씨온도와의 관계식이 °C = K − 273.15 로 정의되어, 섭씨온도와 동일한 온도 차이를 갖는다. 따라서 두 온도 척도 사이의 차이는 1 K = 1 °C이다.
정의와 기원
켈빈은 영국의 물리학자 윌리엄 톰슨(William Thomson, 제1대 켈빈 남작)의 이름을 따서 명명되었다. 1848년 그는 절대 영도 개념을 도입하고, 온도 측정의 절대 기준을 제시하였다. 1967년 국제도량형총회(CGPM)는 켈빈을 공식적인 온도 단위로 채택하였다.
물리적 의미
켈빈은 열역학 제2법칙에 기반한 온도 척도로, 이상 기체의 압력·부피·온도 관계를 기술하는 이상 기체 법칙(PV = nRT)에서 온도 T가 켈빈 단위로 표기된다. 절대 영도(0 K)에서는 모든 열운동이 정지하고, 엔트로피가 최소가 된다(이론적으로).
실용적 활용
- 과학·공학: 열역학, 물리학, 화학, 기상학 등에서 온도 측정 및 계산에 표준 단위로 사용된다.
- 산업: 냉동·냉각 시스템, 고온·저온 공정, 반도체 제조 등에서 절대 온도 기준이 필요할 때 켈빈이 적용된다.
- 표시: 온도계, 디지털 센서, 데이터 로깅 장치 등에서 켈빈 단위가 직접 표시되거나, 섭씨·화씨와 변환되어 제공된다.
변환
- 켈빈 → 섭씨: °C = K − 273.15
- 섭씨 → 켈빈: K = °C + 273.15
- 켈빈 → 화씨: °F = K × 9/5 − 459.67
국제 표준
켈빈은 국제도량형국(BIPM)의 정의에 따라, 물리 상수인 볼츠만 상수(k)와 플랑크 상수(h) 등을 이용해 정의된다. 2019년 개정된 SI 정의에서는 켈빈을 볼츠만 상수 k = 1.380 649 × 10⁻²³ J·K⁻¹ 로 정확히 정의하였다.
관련 용어
- 절대 영도: 0 K, −273.15 °C에 해당하는 온도.
- 열역학 온도: 켈빈을 기준으로 하는 온도 척도.
- 케빈(기압) 단위: 압력 단위와 혼동되지 않으며, 켈빈은 온도 단위 전용이다.
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