Кельвин

Соглашения об использовании

Согласно Международное бюро мер и весов, когда произносится или произносится по буквам, единица ставится во множественное число с использованием тех же грамматических правил, что и для других такой как вольт или же ом (например, «… тройная точка воды ровно 273,16 кельвина»). Когда делается ссылка на «Кельвин шкала«, слово» кельвин «, которое обычно является существительным, функционирует прилагательно для изменения существительного «масштаб» и пишется с большой буквы. Как и в случае с большинством других символов единиц СИ (за исключением символов угла, например, 45 ° 3 ‘4 ″), между числовым значением и символом кельвина (например, «99,987 K») есть пробел. (Руководство по стилю для ЦЕРН, однако, специально говорит всегда использовать «кельвин», даже во множественном числе.)

До 13-го CGPM в 1967–1968 годах единица измерения кельвина называлась «градусом», как и другие температурные шкалы того времени. Его отличали от других шкал либо суффиксом прилагательного «Кельвин» («градус Кельвина»), либо «абсолютным» («абсолютным градусом»), а его символом было ° K. Последний термин (абсолютная степень), который был официальным названием подразделения с 1948 по 1954 год, был неоднозначным, поскольку его также можно было интерпретировать как относящийся к Шкала Ренкина. До 13-го CGPM форма множественного числа была «абсолютные степени». 13-я ГКБМ изменила название единицы на просто «кельвин» (символ: K). Отсутствие «степени» указывает на то, что она не относится к произвольной контрольной точке, такой как шкала Цельсия и Фаренгейта (хотя шкала Ренкина продолжала использовать «градус Ренкина»), а скорее абсолютная единица измерения, которой можно манипулировать алгебраически ( например, умноженное на два, чтобы указать удвоенное количество «средней энергии», доступной среди элементарных степеней свободы системы).

Связь цветовой температуры и освещения

Четкое знание табличных значений данной характеристики помогает осознать, о каком цвете будет идти дальше речь. Каждый из нас отличается своим цветовосприятием, поэтому определить визуально холодность или теплоту светового потока удается лишь единицам.

За основу принимают усредненные показатели группы изделий, работающих в заданном спектре, а при окончательном выборе светодиодных светильников учитывают конкретные условия их эксплуатации (место установки, освещаемое пространство, назначение и др.).

1. Сегодня все источники освещения в зависимости от их диапазона свечения относят к трем основным группам:
2. теплого белого света – работают в температурном диапазоне от 2700 K до 3200K . Излучаемый ими спектр белого теплого света сильно схож со свечением обычной лампы накаливания. Лампы с такой цветовой температурой рекомендованы к использованию в жилых помещениях.
3. дневного белого света (нормального белого) – в диапазоне от 3500 K до 5000 K. Их свечение визуально ассоциируется с солнечным утренним светом. Это световой поток нейтрального диапазона, который можно использовать в квартирных технических помещениях (прихожей, ванной, туалете), офисах, учебных классах, производственных цехах и так далее.
4. холодного белого света (дневного белого) – в диапазоне от 5000 K до 7000 K. Напоминает яркий дневной свет. Им освещают больничные корпуса, технические лаборатории, парки, аллеи, парковки, рекламные щиты и др.

Казалось бы, для чего нужны светодиоды теплого и холодного цветов, если они не способны обеспечить нормальные условия восприятия.

Одной из основных областей применения светодиодов с низкой цветовой температурой (2400-3000 К) — освещение в «зашумленной» оптической среде. Проще говоря, освещение в условиях плохой видимости.

Возьмём автомобильную фару. При сильном тумане белый свет из-за малой длины волны отражается от водяной пыли, что существенно ограничивает дальность видимости. У желтого света длинна волны в несколько раз больше, она не отражается от мелких предметов, а огибает их. Поэтому противотуманные фары в автомобилях делают жёлтого цвета.

В то же время короткие волны распространяются без затухания дальше. В качестве аналогии рассмотрим радиоволны и жесткое коротковолновое рентгеновское излучение.

Радиоволну блокирует даже тонкий лист металла, а для защиты от рентгена используют толстый свинец. Холодный белый свет используют в системах дальнего оповещения, прожекторах, сигнальных и поисковых фонарях.

Новое определение 2019

В 2005 г. CIPM начал программу по пересмотру определения кельвина (вместе с другими единицами СИ) с использованием более экспериментально строгой методологии. В частности, комитет предложил такой, что Постоянная Больцмана принимает точное значение 1.3806505×10−23 Дж / К. Комитет надеялся, что программа будет завершена вовремя для ее принятия CGPM на заседании 2011 года, но на заседании 2011 года решение было отложено до заседания 2014 года, когда оно будет рассматриваться как часть большая программа.

Новое определение было отложено в 2014 году в ожидании более точных измерений постоянной Больцмана с точки зрения текущего определения,но был окончательно принят на 26-й конференции CGPM в конце 2018 года со стоимостью k = 1.380649×10−23 Дж / К.

С научной точки зрения основным преимуществом является то, что это позволит проводить более точные измерения при очень низких и очень высоких температурах, поскольку используемые методы зависят от постоянной Больцмана. У него также есть философское преимущество, заключающееся в независимости от какой-либо конкретной субстанции. Задача заключалась в том, чтобы избежать снижения точности измерений вблизи тройной точки. С практической точки зрения это переопределение останется незамеченным; вода будет замерзать при температуре 273,15 K (0 ° C), и тройная точка воды по-прежнему будет широко используемой лабораторной эталонной температурой.

Разница в том, что до переопределения тройная точка воды была точной, а постоянная Больцмана имела измеренное значение 1.38064903(51)×10−23 Дж / К, с относительной стандартной неопределенностью 3.7×10−7. После этого постоянная Больцмана становится точной, и неопределенность переносится на тройную точку воды, которая теперь 273,1600 (1) К.

Характеристики цветовой температуры

Индекс цветопередачи

Это еще одна характеристика лампочек, которая напрямую влияет на комфортность пребывания в помещении

Вы когда-нибудь обращали внимание, что вещи по-разному воспринимаются в магазине, дома или под светом фонарей? Вопрос не только в уровне освещенности, но и индексе цветопередачи. Этот параметр отвечает за то, насколько естественными будут выглядеть цвета

Индекс цветопередачи измеряется в Ra (или CRl). Чем блице цветовая температура к 5000 К, тем более сбалансированный состав света и тем ближе он к идеальному «белому» цвету солнца. Когда цветовая температура понижается, увеличивается доля красного цвета и уменьшается — синего. Именно поэтому лампы накаливания с ЦТ 2000-3000 К придают всему окружающему красноватый оттенок. Наоборот, светодиодные лампы с цветовой температурой выше 5000 К могут давать вещам зеленоватый или синеватый оттенок.

Для домашнего использования рекомендуют покупать лампочки с цветовой температурой 80 CRl и выше. Для подсобных подойдут лампочки с 60-80 CRl.

Шкала цветовой температуры

Все оттенки цветовой температуры принято отмечать на шкале.

• Черное тело имеет нулевую цветовую температуру. Первые видимые излучения появляются при цветовой температуре 800 К.
• Ярко-красный цвет, наблюдаемый при нагревании некоторых металлов, соответствует ЦТ 1300 К.
• Свеча или раскаленные угли дают цветовую температуру 2000 К.
• При восходе солнца наблюдается цветовая температура 2500 К.
• Обычные лампы накаливания имеют цветовую температуру 2700-3200 К.
• Белый цвет имеет ЦТ около 5500 К. Именно такой цвет у солнца в полдень.
• Безоблачное голубое небо имеет цветовую температуру 7500 К.

Маркировка цветовой температуры

Цветовая температура измеряется в Кельвинах (К), однако производители лампочек не всегда используют цифровые обозначения. Достаточно часто можно встретить надписи, описывающие цветовую температуру:

1. WW (warm write) – теплые оттенки, их цветовой спектр — 2700-3200 К.
2. NW (neutral white) – нейтральные цвета с ЦТ 3200-4500К;
3. CW (cool white) – холодный белый цвет с излучением от 4500 К.

Шкала цветовой температуры

Сегодняшний отечественный рынок предлагает огромный ассортимент источников света на светодиодных кристаллах. Все они работают в различных температурных диапазонах.

Обычно их выбирают в зависимости от места предполагаемой установки, ведь каждая такая лампа создает свой, индивидуальный облик. Одно и то же помещение можно существенно преобразить, изменив в нем лишь цвет освещения.

Для оптимального применения каждого светодиодного источника света следует заранее определиться, какой цвет вам наиболее удобен. Понятие цветовой температуры не связано конкретно со светодиодными лампами, его нельзя привязать и к определенному источнику, оно зависит лишь от спектрального состава выбранного излучения.

Цветовая температура всегда была у каждого светового прибора, просто при выпуске стандартных ламп накаливания их свечение было только «теплым» желтым (спектр излучения был стандартным).

С появлением люминесцентных и галогеновых источников освещения вошел в обиход белый «холодный» свет. Светодиодные лампы характеризуются еще более широкой цветовой гаммой, за счет чего самостоятельный выбор оптимального освещения усложнился, а все его оттенки стали обуславливаться материалом, из которого выполнялся полупроводник.

Индекс цветопередачи светодиодных ламп

Индекс цветопередачи характеризует возможность воспринимать градации цвета. Когда температура света светодиодных ламп ниже 3200 К цветовое восприятие существенно уменьшается. Попробуйте при свете свечи вытащить из коробки цветных карандашей зелёный или коричневый цвет. Поверьте, задача окажется не из лёгких.

Индекс цветопередачи очень чётко регламентируется для автомобильных светодиодных ламп, ведь при плохой цветопередаче может возникнуть ситуация, когда водитель не сможет различить полотно дороги и обочину.

Свет может изменять яркость и насыщенность цветов в помещении. Такое явление называют метамеризмом.

Каждая лампа обладает определенной цветопередачей, которая на упаковке обозначается индексом Ra (или CRl). Данный параметр источника определяется его способностью максимально точно передавать цвета освещаемого объекта.

Лучшего результата вы добьетесь, используя лампы с индексом цветопередачи от 80 Ra и выше. Это позволит всем цветам интерьера выглядеть наиболее естественно.

Различные типы ламп, обладая одинаковой цветовой температурой, могут передавать цвета по-разному. Индекс цветопередачи определяет степень отклонения цвета предметов интерьера от его настоящего при освещении той или иной лампой.

Температура — кельвин

Температура Цельсия ( символ t) определяется выражением: t Т — Т0, Т — температура Кельвина, Т0 273 15 К.
 

Допускается применять также градус Цельсия С, по размеру равный Кельвину, для выражения температуры Цельсия tT — Te, где Т — температура Кельвина, 7о273 15 К. Тройная точка воды — состояние, при котором находятся в равновесии все г три ее фазы: лед, жидкая вода и насыщенный пар. Равновесие трех фаз воды достигается лишь при вполне определенной тем — пературе 273 16 К0 01 С, в отличие от равновесия каких-либо двух ее фаз, которое возможно и при разных температурах.
 

Кроме температуры Кельвина, К ( обозначение 7) допускается применение температуры Цельсия, С ( обозначение t), определяемой выражением t — Т-27315 К. Температура Кельвина выражается в кель-винах ( градусах Кельвина), температура Цельсия — в градусах Цельсия. Числовое значение температуры должно сопровождаться значками К и С. По величине кельвин и градус Цельсия равны между собой. Различие состоит лишь в начале отсчета ( см. гл.
 

Переход от значений температуры в шкале Цельсия к значениям в шкале Кельвина рассматривается в гл. В системе СИ при использовании шкалы температур Кельвина знак градуса не указывается.
 

Температура таяния льда при нормальном давлении обозначена 0 С. Как видим, разница между абсолютной шкалой температур Кельвина и шкалой Цельсия только в начале отсчета ( в положении нуля) температуры.
 

Температура Цельсия определяется выражением tT — Тй, где Т — температура Кельвина, Г 273 15 К.
 

Параметры тройной точки воды следующие: давление насыщенного пара — 4 58 мм рт. ст. 0 006 атм, температура О 01 С. Тройная точка воды является реперной точкой при построении абсолютной термодинамической шкалы температур Кельвина.
 

Практически для термометрии нет необходимости осуществлять цикл Карно, в котором экспериментальные ошибки обычно очень велики. Температура, введенная во втором законе термодинамики как интегрирующий делитель, как раз и есть температура Кельвина.
 

В практической термометрии нет необходимости осуществлять циклы Карно, экспериментальные ошибки при проведении которых часто были бы недопустимо велики. Во втором законе термодинамики температура вводится как величина, обратная интегрирующему множителю; можно показать, что температура, определенная таким образом, совпадает с температурой Кельвина.
 

В практической термометрии нет необходимости осуществлять циклы Карно, экспериментальные ошибки при проведении которых часто были бы недопустимо велики. Во втором законе термодинамики температура водится как величина, обратная интегрирующему множителю; можно показать, что температура, определенная таким образом, совпадает с температурой Кельвина.
 

Уравнение ( 12) было получено из термодинамического тождества ( 5) и на основе двух изотермических законов поведения идеального газа, а также эмпирического определения величины моля. Величина Т, входящая в уравнение ( 12), та же что и в термодинамическом тождестве ( 5), и, следовательно, является температурой Кельвина.
 

Однако всякий газ, который строго подчиняется закону Бойля — Мариотта и у которого изменение объема при постоянной температуре не меняет внутренней энергии и, подчиняется закону pv kT, где Т представляет температуру Кельвина. Такой газ, называемый идеальным газом, будучи использован в газовом термометре постоянного давления или постоянного объема, непосредственно воспроизводит шкалу Кельвина.
 

Кроме температуры Кельвина ( обозначение Т) допускается применять также температуру Цельсия ( обозначение t), определяемую выражением t T — Т, где Г 273 15К по определению. По размеру градус Цельсия равен кельвину. Разность температур Кельвина выражается в Кельвинах. Разность температур Цельсия допускается выражать как в Кельвинах, так и в градусах Цельсия.
 

Кроме температуры Кельвина ( обозначение Т) допускается применять также температуру Цельсия ( обозначение t), определяемую выражением t T — Tn, где Т0 273 15К по определению. По размеру градус Цельсия равен кельвину. Разность температур Кельвина выражается в Кельвинах. Разность температур Цельсия допускается выражать как в Кельвинах, так и в градусах Цельсия.
 

По размеру градус Цельсия равен кельвину. Интервал или разность температур Кельвина выражают в Кельвинах. Интервал или разность температур Цельсия допускается выражать как в Кельвинах, так и в градусах Цельсия.
 

Градусы Фаренгейта

Первым человеком создавшим почти современный термометр был Габриель Фаренгейт. Он стал применять вместо спирта ртуть. По текущей шкале Фаренгейта температура замерзания воды 32 градуса, а кипения — 212.

Прибор из 18-го века

Сам изобретатель устанавливал в качестве ноля температуру таяния смеси воды со льдом, морской солью (хлорид натрия) и нашатырем (хлорид амония). По второй распространенной версии за ноль была принята просто температура зимой на улице. Довольно необычно было взять «за 0 по Фаренгейту» смесь из трех веществ, но, видимо ученый не любил простые истории…

Второй точкой отсчета стала температура тела человека. С этим значением связана еще одна занятная история.

В современной шкале Фаренгейта температура здорового человека — 98,6 фаренгейта, таяния льда — все те же 32, а для смеси воды с нашатырем и солью (смесь Фаренгейта) — 0 °F.

Число 32 было взято ученым не случайно. Фаренгейт принадлежал к франко-масонам, а в этом тайном обществе 32 степени посвящения.

Чтобы перевести градусы Фаренгейта в Цельсии, нужно использовать формулу:

Т (°С) = 5/9 х (t (°F) — 32)

И наоборот. Привычная нам градусах Цельсия температура здорового человека в 36,6 по фаренгейту будет равняться:

Т (°F) = 9/5 х (t (°С) + 32)

(36,6 х 9/5) + 32 = 96,8°F

А не красивая цифра 100, как хотел изобретатель.

Вот только используют шкалу Фаренгейта в США, четырех островных государствах да изредка, по старой памяти, в Канаде и Великобритании.

Ноль по фаренгейту не связан с очевидным и понятным обывателю эффектом, в отличие от ноля по современной шкале Цельсия (точка таяния льда).

Внутренний холод

Температуры очень низкие удавалось получать в лабораториях, где физики пытались приблизиться к абсолютному нолю хотя бы на короткие промежутки времени. И они смогли подойти к нему очень близко — ближе, чем в открытом космосе.

В лабораториях используются в качестве охладителей многие жидкие газы, однако и они теплее абсолютного ноля. Можно охладить азот до жидкого состояния — этот газ переходит в него при 77 градусах Кельвина (-196 Цельсия). Жидкий азот легко транспортируется в особых емкостях и используется в больницах для хранения биологических образцов, в том числе для замораживания эмбрионов и спермы в клиниках для больных бесплодием; находит он применение и в современной электронике. Если капнуть жидким азотом на цветок гвоздики, он станет до того хрупким, что уроните его на пол — и он разобьется, точно фарфоровый.

Еще холоднее жидкий гелий — всего 4 градуса Кельвина, однако и эта температура изрядно выше абсолютного ноля. А вот при смешивании двух типов гелия — гелия-3 и гелия-4 — достигается температура в несколько тысячных градуса Кельвина.

Для достижения температур еще более низких физикам приходится использовать изощренные методы. В 1994-м ученые Американского национального института стандартов и технологии (NIST), находящегося в Боулдере, штат Колорадо, с помощью лазера охладили атомы цезия до 700 миллиардных градуса Кельвина. Девять лет спустя ученым Массачусетского технологического института удалось пойти дальше, достигнув 0,5 миллиардных градуса Кельвина.

На самом-то деле абсолютный ноль — идея абстрактная. Такую температуру никогда не удавалось получить в лаборатории или измерить в природе. Ученым, подбирающимся к ней все ближе, приходится мириться с тем, что достигнуть ее никогда не удастся. Но почему? Во-первых, любой термометр, сам не имеющий температуру абсолютного ноля, будет отдавать тепло и тем самым сорвет опыт. Во-вторых, измерять температуру при столь низких энергиях вообще затруднительно — начинают работать такие эффекты, как сверхпроводимость, вмешивается квантовая механика, а это воздействует на движение и состояние атомов. Так что мы просто не сможем узнать наверняка, что уже добрались до абсолютного ноля. Абсолютный ноль — это тот самый случай, когда «нет там никакого там».

Как это работает в обычной жизни

Рассматриваемый показатель влияет не только на качество освещения, но и на восприятие обстановки человеком и даже на его самочувствие. Если помнить несколько аспектов и придерживаться их, можно добиться лучшего эффекта без особых проблем.

Как зависит восприятие

90% информации об окружающем мире человек получает через зрение. Поэтому от освещения во многом зависит восприятие обстановки. Цветовая температура позволяет оформить помещение так, как это нужно в той или иной ситуации:

1. Теплый свет, в Кельвинах обычно показатель составляет 2800-3200, идеально подойдет для спальни или зоны отдыха. Он настраивает на спокойный лад, помогает расслабиться и хорошо отдохнуть.
2. Естественные оттенки (около 4000) создают условия, при которых можно и работать, и отдыхать. Нейтральный вариант обеспечивает наилучшую цветопередачу, при этом излишне не напрягает зрение.
3. Холодные тона (больше 6000) создают хорошие условия для точных работ. Но при этом длительное нахождение в таких условиях нежелательно. Этот вариант часто применяют при оформлении витрин.

Цветовая температура и наши эмоции

Освещение влияет на самочувствие и настроение человека намного больше, чем кажется на первый взгляд. Если грамотно использовать его, можно положительно влиять на организм и обеспечивать нормальные процессы в нем. Надо помнить следующее:

1. Желтоватые тона идеально подойдут для утренних часов. Они способствуют быстрому пробуждению, улучшают настроение и стимулируют процессы жизнедеятельности. Теплота света будет кстати и в вечернее время, когда нужно отдохнуть после рабочего дня и подготовиться ко сну.

2. Нейтральные варианты можно использовать в течение дня, чтобы обеспечить хорошую работоспособность. Они применяются в большинстве помещений дома, так как создают обстановку, приближенную к естественному солнечному свету.

3. Холодные оттенки оказывают стимулирующее воздействие. Они улучшают работоспособность и повышают внимательность. Но длительное время находиться в таком помещении нельзя, это может привести к стрессу и обратному эффекту – повышенной усталости.

Восприятие цветов

Цветовое восприятие каждого индивидуума имеет свои особенности. Перцепция цвета — это эффект от преломления световых волн, принятых зрительным нервом и обработанных мозговым зрительным центром. Каждый человек имеет собственное восприятие оттенков. Чем старше становится человек, тем больше искажается его цветовое восприятие. Особенности психики индивидуума также влияют на его цветовосприятие.

Восприятие того или иного цвета может быть искажено солнечным излучением. Теплота света также характеризуется индивидуальным восприятием и зависит от особенностей организма и состояния человека на момент восприятия.

Какие лампы подходят для дома

В квартирах и частных домах белый свет не рекомендован. Не обязательно размещать везде одинаковые светильники, лучше воспользоваться индивидуальными рекомендациями по оборудованию освещения в таких помещениях. Светильники с белым нейтральным светом хорошо подойдут для освещения кухни, санузла, впишуься в интерьер прихожей. Их температура может варьироваться от 4000 K до 5000 K.

Но для спальни, детской и комнат, где вы отдыхаете, предпочтительно использовать теплые тона светового спектра. Тут лучшим решением будет теплый белый свет ближе от 2700 до 3200 K. Он снимет дневную напряженность, создаст уют и позволит расслабиться.

Удобно и эффективно пользоваться нормальным белым светом в зоне чтения и рабочем уголке, а также для подсветки зеркал, перед которыми наносится макияж. Этим вы добьетесь максимального цветового контраста и удобств для выполняемых действий.

Письменный стол ребенка лучше оснастить лампой с температурой 3200-3500 K. Она не создаст излишней усталости для глаз, а близость к белому спектру поможет собраться и настроиться на работу. Для всех светодиодных ламп их рабочая температура указана на упаковке.

Хотя наши глаза на протяжении многих лет привыкли к мягкой белой цветовой температуре лампы накаливания, это не означает, что они обязательно являются самым лучшим вариантом для освещения всего дома.

Например, из-за их теплой цветовой температуры, эти мягкие белые огни часто тянут теплые цвета из комнаты (предметы красного, оранжевого цвета), изменяют контрасты во всем пространстве. Вот несколько советов о том, как наиболее эффективно осветить разные комнаты в вашем доме:

Теплый свет предпочтителен для рекреационных зон, то есть мест, предназначенных для отдыха. Такие лампы устанавливают в спальнях, гостиных. В гостиной лучше комбинировать нейтральный и тёплый свет.

При недостаточном естественном освещении включаем нейтральный или оба, а в вечернее время либо при просмотре телепередач – тёплый. Для спальни однозначно стоит остановиться на лампах тёплого света.

Такие лампы предпочтительнее использовать в помещениях, которые предназначены для зрительной работы. Этот спектр излучения не утомляет глаза и обеспечивает наилучшее цветовосприятие.

Как уже говорилось, холодный белый свет оказывает стимулирующее влияние на наш мозг. В бытовых условиях его используют в ситуациях, где желательна периодическая концентрация внимания, например, смотровые кабинеты, операционные.

Светодиодные лампы с холодным белым светом, размещённые в ванной комнате, помогут утром быстрее войти в рабочий тонус.

Цветовая температура и наши эмоции

Температура света способна напрямую влиять на психологическое состояние человека. Теплые оранжевые и желтоватые оттенки лучше всего использовать для утра, так как они способствуют мягкому пробуждению, настраивают на положительный лад и стимулируют активность.

Также эти оттенки хороши для применения в вечернее время из-за их успокаивающего эффекта.

Источники света с нейтральным белым идеальны для помещений, в которых проводят большое количество времени, работают в течение длительного срока. Такие оттенки наиболее соответствуют полуденному солнечному свету, поэтому организм воспринимает такое освещение как сигнал к активной деятельности.

Лампы с высокой цветовой температурой нельзя использовать долгое время, так как они обладают чрезвычайно активизирующим воздействием на психику человека. При краткосрочном использовании такой свет стимулирует организм. А при долгосрочном возможен обратный эффект — торможения, депрессии.

При низком уровне освещенности (мало света) человек лучше чувствует себя при «теплом свете» (Тцв=3000 К), а если освещенность будет высокая (>700 лк), то появится дискомфорт и боль в глазах. И наоборот: Тцв=5000 К — комфортно от 700 лк до 2500 лк, но при освещенности менее 150 лк свет будет восприниматься тревожно (лунный свет).