وحدة الكلفن Kelvin

تتعدّد مقاييس الحرارة التي يستعملها الناس العاديون والمتخصّصون على حدٍّ سواء، ولكن يوجد هناك مقياسٌ لم يأخذ حظّه من الانتشار، بقدر ما نال من حظِّ تقدير العلماء له كمقياسٍ للحرارة من بين المقاييس الأخرى، إنّه تقسيم كلفن، أو تدريج كلفن، والذي يُنسب إلى العالم الفيزيائيّ البريطانيّ اللورد كلفن Kelvin، فقد كانت نظرة كلفن للحرارة نظرةً مختلفةً عن غيره من العلماء، فرأى أنّ الحرارة ليست بالضرورة أن نشعر بدفئها، فلربما لمسنا قالبًا من الثلج وهو يتمتّع بالدفء، إنّها النسبيّة التي تُشعرنا بالثلج وليس انعدام الحرارة، ومع تعريف كلفن تعالوا نتعرّف أكثر من خلال مقالنا هذا، فتابعونا.

تاريخ كلفن

جمعينا وبدون استثناءٍ نعرف الحرارة ودرجاتها، ولكنّ المثير للدهشة أن يأتيك شخصٌ ما بقالبٍ من الثلج ثمّ يزعم أنّ بقالب الثلج هذا حرارة، حتّى ولو كانت تلك الحرارة التي يزعمها ضئيلة جدًّا، نعم فلقد فَعل هذ اللورد كلفن، وبدأ يذيل الدهشة من قلوب مريديه بالأسلوب العلميّ الرصين كالآتي:

الحالة الأولى:

أحضِر قطعتين من المعدن، تمّ تسخينهما بدرجتي حرارة مختلفة، أي أنّ إحداهما أسخن من الأخرى؛ بحيث يتقبّل درجة حرارتها الشخص العادي. قم بلمس أسخنهما أوّلًا لجزءٍ ضئيل من الوقت، ثمّ اتركها، وقم بلمس الأقلّ منها في درجة الحرارة. ستلاحظ أنّ القطعة الثانية تتمتّع ببرودةٍ يمكن أن تحكم بدرجة برودتها بدرجة سلبية، مقدارها الفرق بين الدرجتين. نستنتج من ذلك أنّ الثلج الذى نراه ونلمسه، ونشعر ببرودته، لو أنّنا لمسنا ما هو أبرد منه، سوف نحسّ بحرارة الأوّل، إذًا فالثلج لا يعني انعدام أو موت الحرارة.

الحالة الثانية:

يعلم المتخصّص أنّ سلوك الطاقة يتحوّر من شكلٍ لآخر، وبطريقةٍ أو أخرى، فلو أشعلنا قطعةً من الخشب، سوف تشتعل وتنبعث منها الحرارة، فأين كانت تلك الحرارة؟!، إنّها الحرارة الكامنة، وأين تكمن تلك الحرارة؟ إنّها تكمن في البناء الذريّ للمادّة.

إذًا فطالما أنّ هناك بناء ذريّ يتحرّك، أي أنّ هناك حركة للإلكترونات في مداراتها، حتّى ولو كانت تلك المادّة في درجة التجمّد، أي أنّ درجتها الحراريّة تحت الصفر السيليزيّ °C، لذلك فسوف تنبعث من تلك المادّة المتجمّدة حرارة ضئيلة جدًّا، لا يمكن قياسها بمقاييس الحرارة التقليديّة، كمقياس سليزيوس. أو بمعنى أدقّ لا يمكن قياسها على تدريج سليزيوس أو فهرنهايت، ولابدّ من مقياسٍ أو تدريجٍ حراريٍّ يقيس تلك الانبعاثات الحراريّة الضئيلة جدّا والمنبعثة من المادّة، حتّى ولو كانت متجمّدة، فكان مقياس كلفن عام 1848.

تعريف كلفن

لكي نتعرّف على كلفن جيّدًا فيجب إلقاء نظرةٍ على مقياس سيلزيوس وفهرنهايت، ثم كلفن، كالآتي:

• مقياس سليزيوس: اتّخذ من نقطة تجمّد المياه صفر(0) تدريج، ثمّ درجة غليان المياه الدرجة مائة (100)، أي المدى المئويّ (بعد تعديله من قِبل بيير).
• مقياس فهرنهايت: قام بتعديل مدى سليزيوس إلى (244) درجة ← (32 + 212).

مقياس كلفن

اعتبر أنّ درجة انعدام الحرارة هي درجة موت المادّة فيزيائيًّا، أي الدرجة التي تتوقّف عندها حركة إلكترونات المادّة، فكانت (-273.15) على مقياس سليزيوس، فاعتبرها هي درجة الصفر الكلفينيّ، أي أنّ صفر كلفن = -273.15 °C.

• اعتبر أنّ درجة الغليان هي 100 كما هي على مقياس سليزيوس، والتي تساوي 373.15 °k.
• ترك المدى الحراريّ لكلّ درجة حراريّة كما هو على مقياس سليزيوس. درجة كلفن = 273.15 + °C.
• من هنا نستطيع تعريف درجة كلفن بأنّها: “كميّة الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة المياه درجة واحدة كلفينيّة”.

مثال تطبيقيّ على تحويلات الكلفن

إذا افترضنا أنّ درجة تجمّد المياه العسرة هي -3°C، فكم تكون على مقياس كلفن؟

الحلّ: درجة تجمّدها = 273.15 – 3 = 270.15 °K. لاحظ أنّ جميع درجات كلفن موجبة، فبالرغم من درجة التجمّد سالب سيليزيّ، إلّا أنّها موجبة عند كلفن.

جدول تحويلات درجة الحرارة

اعتمد العلماء على مقياس كلفن في تقييم درجات الحرارة لموادّ معاملهم؛ وذلك لأنّه يعتمد على نشاط المادّة الفيزيائيّ في تحديد درجة حرارتها، وليس عوامل خارجة عنها.

روابط مهمة

• وحدة الفهرنهايت Fahrenheit
• وحدة درجة حرارة مئوية (سِلِسْيُوس) Celsius
• جدول درجات الحرارة
• تحويل من سيليزي الى كلفن
• التحويل من فهرنهايت الى كلفن
• التحويل من كلفن الى فهرنهايت
• تحويل من كلفن الى سلسيوس
• تحويل درجة الحرارة
• تحويل من سيليزي الى فهرنهايت
• تحويل درجة الحرارة من فهرنهايت الى مئوي