New definition of the kelvin in terms of the Boltzmann's constant

• Autorzy: Merlone A. , Musacchio C. , Szmyrka-Grzebyk A.

Warianty tytułu

PL

Nowa definicja kelwina wyrażona przez stałą Boltzmanna

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper reports the physic principles and the experiments involved in the determination of the Boltzmann constant, for the new definition of the kelvin. In the current International System of Units (SI), the unit of temperature T, the kelvin is defined as the fraction 1/273,16 of the thermodynamic temperature of the triple point of water having a defined isotopic composition. Thus, the kelvin is linked to an artefact, and a material property which is far from being invariant in space and lime. It would be advantageous to proceed in the same way as with other units: to relate the unit to a fundamental constant and fix its value. For the kelvin, the corresponding constant is the Boltzmann constant k(sub)B, being it the basic constant of statistical mechanics and thermodynamics. A general discussion on the concept of temperature and its link with the kinetic theory under a metrological view is reported. Methods and techniques used in the several experiments aiming at determining the Boltzmann constant with an uncertainty close or even better than 1 ppm are described. The recent achieved results are mentioned and the capabilities of some devices are reported. A short view on the effect of the new definition of the kelvin and its dissemination is included.

PL

W pracy zostały omówione podstawy fizyczne i eksperymenty przeprowadzone w celu wyznaczenia stałej Boltzmanna kB' dla nowej definicji kelwina. W aktualnym Międzynarodowym Systemie Jednostek Miar (Sl), jednostka temperatury T, kelwin, zdefiniowana jest jako 1/273,16 temperatury termodynamicznej punktu potrójnego wody o znanym składzie izotopowym. Z tej definicji wynika, że kelwin powiązany jest z własnościami materii, które nie są niezmiennicze w czasie i przestrzeni. Byłoby istotnym postępem wyrażenie Kelwina w ten sam sposób jak definiowane są inne jednostki miar, tzn. powiązanie jednostki ze stałą uniwersalną i podanie jej wartości. W przypadku kelwina odpowiednią stałą jest stała Boltzmanna k(sub)B - podstawowa stała w mechanice statystycznej i termodynamice. W pracy krótko omówiono dyskusje na temat pojęcia temperatura i powiązania jej z teorią kinetyczną z punktu widzenia metrologii. Przedstawione są metody i techniki zastosowane w eksperymentach mających na celu wyznaczenie stałej Boltzmanna z niepewnością bliską lub nawet lepszą niż 1 ppm. Podano ostatnio uzyskane wyniki i omówione możliwości pomiarowe zastosowanych urządzeń. Na zakończenie podano krótkie podsumowanie jakie skutki mogą wynikać z nowej definicji kelwina.

Słowa kluczowe

EN

temperature unit; Boltzmann constant

PL

jednostka temperatury; stała Boltzmanna

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 52, nr 6
• Strony: 42--44
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., il.

Twórcy

autor

Merlone A.

autor

Musacchio C.

autor

Szmyrka-Grzebyk A.

• Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica, Torino, Italy

Bibliografia

• [1] Feynman R., R. Leighton, M. Sands: The Feynman Lectures on Physics. Vol. 1, Addison Wesley 1966.
• [2] Moldover M. R. et al.: Phys. Rev. Lett. 1988, 60, 249.
• [3] Recommendation T 2 (2005) to the CIPM: New determinations of thermodynamic temperature and the Boltzmann constant. BIPM, Document CCT/05-31, 2005.
• [4] Recommendation 1 (CI-2005): Preparative steps towards new definitions of the kilogram, the ampere, the kelvin and the mole in terms of fundamental constants. (CIPM, Sevres, 2005).
• [5] Gavioso R. M., G. Benedetto, P. A. Giuliano Albo, D. Madonna Ripa, A. Merlone, C. Guianvarc'h, F. Moro, R. A. Cuccaro: Metrologia, 2010, 47. 387.
• [6] Casa G., A. Castrillo, G. Galzerano, R. Wehr, A. Merlone, D. Di Serafino, P. Laporta, L. Gianfrani: Phys. Rev. Lett. 2008, 100, 200801.
• [7] Merlone A., F. Moro, T. Zandt, C. Gaiser, B. Fellmuth: Int. J. Thermophys., doi: 10.1007/s10765-010-0708-x.
• [8] Lipiński L., A. Szmyrka-Grzebyk: Proposals for the new definition of the kelvin. Conference Quantum Metrology. 2008, Poznań, Poland, published in Metrology and Measurement Systems, 2008, vol. XV, no 2, 227-234.
• [9] Moldover M. R., Mehl J. B., Greenspan M. J.: Acoust. Soc. Am., 1986, 79, 253-272.
• [10] Moldover M. R., Boyes S. J., Edwards T. J.. Mehl J. B., Davis R. S.: J. Res. Natl. Bur. Stand., 1988, 93, 85-144.
• [11] Strouse G. F., Defibaugh D. R., Moldover M. R., Ripple D. C.: Progress in Primary Acoustic Thermometry at NIST: 273 K to 505 K; 8th Temperature Symposium, Chicago, 2002.
• [12] Moldover M. R., Pitre L.: Primary Acoustic Thermometry from 4 K to 300 K. XV Symposium on Thermophysical Properties, Boulder (CO), 2003.
• [13] Ripple D. C., Defibaugh D. R., Moldover M. R., Strouse G. F.: Techniques for Primary Acoustic Thermometry to 800 K, 8th Temperature Symposium, Chicago, 2002.
• [14] Castrillo A. et al., C. R.: Phys. 2009, 10, 894-906.
• [15] Szmyrka-Grzebyk, L. Lipiński, H. Manuszkiewicz, A. Kowal, A. Grykałowska, D. Jancewicz: 11 Symposium on Temperature and Thermal Measurements in Industry and Science, TEMPMEKO'2010, Portoroż, 2010, Slovinia.