开尔文
kāi ěr wén
开尔文是国际单位制的温度基本单位，建立在以绝对零度为起点的绝对温标上，K等于摄氏度加273.15。
Formula
K = ^\circ C + 273.15
Definition
开尔文是国际单位制的温度基本单位，建立在一种绝对温标之上，其零点，即绝对零度，是任何东西可能达到的最冷状态，因此不存在负的开尔文读数。一个开尔文的间隔与一个摄氏度的间隔大小相同；两种温标只是从不同的地方开始计数，把摄氏读数换算为开尔文，就是加上 $273.15$：$K = ^\circ\text{C} + 273.15$。自2019年起，开尔文通过把玻尔兹曼常数固定为精确的 $k = 1.380649 \times 10^{-23}\ \text{J/K}$ 来定义，把温度直接与每个粒子的能量联系起来，水的三相点为 $273.16\ \text{K}$，冰点为 $273.15\ \text{K}$。绝对温度出现在每一条基本的热力学关系式中，包括理想气体状态方程 $PV = nRT$、卡诺效率 $1 - T_c/T_h$、玻尔兹曼因子 $e^{-E/kT}$ 以及黑体辐射 $P \propto T^4$。
Example
水在 $273\ \text{K}$ 结冰，在 $373\ \text{K}$ 沸腾，室温约为 $293\ \text{K}$；把 $-40^\circ\text{C}$ 换算得 $-40 + 273.15 = 233.15\ \text{K}$，把 $310\ \text{K}$（体温）换算回来得 $310 - 273.15 = 36.85^\circ\text{C}$。一个密闭的刚性容器中，气体在 $27^\circ\text{C}$（$300\ \text{K}$）、$150\ \text{kPa}$，加热到 $127^\circ\text{C}$（$400\ \text{K}$）后，压强达到 $P_2 = 150 \times 400/300 = 200\ \text{kPa}$，因为压强与绝对温度成正比；如果直接用摄氏度计算，会得出一个荒谬的 $150 \times 127/27 \approx 706\ \text{kPa}$。
Key Insight
气体定律只有用开尔文才成立：说 $20^\circ\text{C}$ 的气体的压强是 $10^\circ\text{C}$ 时同种气体的两倍是错误的，真实的比值是 $293/283$，约为 $1.04$。开尔文温标之所以存在，是因为温度本质上是每个自由度所含的能量，只有零点意味着零热能的温标，才能让温度之比具有真正的物理意义。