온도 단위 : 켈빈(Kelvin) & 랭킨(Rankine)

해당 글은 인터넷에 돌아다니는 자료나 제가 공부한 내용을 기반으로 작성된 것입니다. 물론, 최대한 정확한 내용만을 올리도록 노력하겠지만 무조건적으로 받아들이지 않으시길 바랍니다. 그래서 구체적인 지적은 언제나 환영입니다. 감사합니다.

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1) 절대온도 (Kelvin or Absolute, K)

섭씨온도와 화씨온도가 1 기압에서 물의 어는점과 끓는점을 기준으로 만든 온도라면 절대온도는 열에너지의 부재를 표현하기 위해 만든 온도 단위라 할 수 있다. 따라서 0 켈빈 또는 절대온도 0은 물질을 이루는 분자가 더 이상 진동하지 않아 열에너지가 0인 상태를 의미하며 기준점이 다른 점만 제외하면 섭씨온도와 동일하다. 따라서 섭씨온도를 절대 온도로 바꾸는 법은 간단히 섭씨온도에 273을 더해주면 절대온도가 된다.

그렇다면 왜 하필 273을 더해주었을까? 그 이유는 샤를 법칙(아래 식)에서 찾을 수 있을 것 같다. 프랑스의 물리학자 샤를은 일정한 압력에서 온도가 1℃ 상승할 때 기체의 부피는 그 기체가 0℃일 때 부피의 1/273배씩 증가함을 발견했다. 그러므로 아래 식에 따라 이론적으로 기체의 부피는 -273℃일 때 0이 된다. 아래는 나무 위키에서 가져온 예문을 절대온도로 맞춘 것이다. 보면 알겠지만 확실히 일상생활에서는 쓰기 꺼려지는 숫자들이 나오게 된다.

출처 : 에듀넷-티-클리어

2) 랭킨온도 (Rankine, R)

스코틀랜드 열역학자 랭킨(Rankine)의 이름을 따서 만든 온도 단위이며 절대 온도가 섭씨 체계를 따른다면 랭킨 온도는 화씨 체계를 따른다. (간단하게 한 눈금의 크기가 같다는 말이다.) 원리는 절대 온도와 동일하되 기준만 화씨이다. 따라서 -459.67℉를 기점으로 측정한 화씨온도이다. 우리(공대생)에게 'Rankine'이라는 이름은 온도 단위보다는 열역학에서 중요하게 다루는 'Rankine Cycle'로 더 친숙하겠지만 어떻게 섭씨로 바꾸는지만 간단하게 확인하고 넘어가도록 하자. 결과를 보면 알겠지만 결과적으로 -459.67℉는 -273.15℃와 같으며 자연스럽게 0K이 된다.

이상 긴 글 읽어주셔서 감사드리고 공부하시느라 수고 많으셨습니다.

 

* 항상 출처를 남기려고 하는데 이번 온도 단위 정리할 때는 출처 기록을 깜빡했습니다. 죄송합니다.