열역학 온도

2.3. 열역학 및 통계역학

열역학적 온도는 카르노 사이클을 사용하여 거시적으로 정의되며, 열역학에서 중요하게 다루어진다. 국제 단위계(SI)는 온도를 측정하기 위해 켈빈(단위 기호: K)을 사용하며, 2019년 재정의를 통해 볼츠만 상수를 정확히 $1.380649\; \backslash times\; 10^\{-23\}$ (J/K)로 고정했다.

열역학적 온도는 이상 기체 법칙 및 그 결과와 밀접하게 관련되어 있으며, 열역학 제2법칙과도 연관된다. 특히, 이상적인 열기관의 효율을 고려하여 유일하게 정의될 수 있다.

열적 평형 상태에서 시스템의 온도는 잘 정의된다. 미시적 관점에서 물질은 개별 입자 간의 열의 양이 상쇄될 때 열적 평형 상태에 있다.

온도 차이는 두 시스템 간의 열의 방향을 결정하며, 결합된 에너지가 가능한 가장 낮은 상태에 최대한 분산되도록 한다. 이 분포를 "엔트로피"라고 부른다. 카르노 열기관은 열, 일 및 온도의 관계를 설명하며, 열을 일로 변환한다.

카르노 정리에 따르면 동일한 열 저장소 사이에서 작동하는 모든 가역 기관은 동일한 효율을 가진다. 따라서 온도 $T\_1$과 $T\_2$ 사이에서 작동하는 모든 가역 열기관은 동일한 효율을 가져야 하며, 효율은 온도의 함수이다.

열역학적 온도 척도는 (예: 물의 삼중점) 하나의 고정된 기준 온도를 선택하여 설정한다.

클라우시우스 정리는 상태 함수 $S$ (즉, 엔트로피)의 존재를 제안한다. 엔트로피와 열의 관점에서 온도를 아래와 같이 정의 할 수 있다.
$$T\; =\; \backslash frac\{dq\_\backslash mathrm\{rev\}\}\{dS\}.$$

엔트로피 $S$가 내부 에너지 $E$의 함수 $S(E)$인 일정한 부피 시스템의 경우, 열역학적 온도 $T$는 다음과 같이 주어진다.
$$\backslash frac\{1\}\{T\}\; =\; \backslash frac\{dS\}\{dE\},$$

따라서 열역학적 온도의 역수는 일정한 부피에서 내부 에너지에 대한 엔트로피의 변화율이다.

샤를의 법칙에 따르면 기체의 부피는 온도의 변화에 대해 (어느 정도) 보편적인 거동을 보인다. 이상 기체의 경우, 그 부피가 열역학적 온도에 비례한다. 이상 기체의 부피에 비례하는 온도로서 열역학적 온도를 도입하는 교과서도 있으며, 이 도입에 따른 온도는 이상 기체 온도라고도 불린다.

통계 역학에서는, 계의 엔트로피 $S$가 볼츠만 원리에 의해 상태 수 $W(E)$로부터
$$S(E)=k\backslash ln\; W(E)$$
로 주어지므로, 열역학적 온도는 이 정의에 의해 도입된다.
또한, 통계 역학에서는
$$\backslash beta\; =\; \backslash frac\{1\}\{kT\}$$
에 의해 열역학적 온도와 관계되는 역온도 $\backslash beta$가 종종 사용된다.

3. 성질

열역학적 온도는 카르노 사이클을 사용하여 거시적으로 정의되며, 순수하게 열역학적 용어로 정의되기 때문에 열역학에서 중요하다. 국제 단위계(SI)는 온도를 측정하기 위한 국제 절대 눈금을 규정하며, 눈금의 특정 값에 대한 측정 단위는 켈빈(단위 기호: K)이다. 켈빈은 또한 온도 구간 (두 온도 간의 범위 또는 차이)을 나타내는 데 사용된다. 섭씨 1도의 온도 구간은 1 켈빈과 크기가 같다.

켈빈의 크기는 2019년에 재정의되었으며, 열역학적 온도의 근본적인 물리적 특성, 즉 원자 자유 입자 운동의 운동 에너지와 관련이 있다. 개정안은 볼츠만 상수를 정확히 J/K로 고정했다.

물질에 온도를 부여하는 미시적 특성은 이상 기체 법칙을 통해 이해할 수 있다. 볼츠만 상수를 기준으로 열에너지가 특정 기체의 압력과 온도에 정확히 정의된 변화를 일으킨다. 단원자 기체 (예: 헬륨, 아르곤)는 세 개의 병진 자유도로 구성된 운동을 한다.

분자는 내부 구조를 가지고 있으므로 추가적인 내부 자유도를 갖는다. 이로 인해 분자는 단원자 기체보다 주어진 온도 상승에 대해 더 많은 열 에너지를 흡수한다. 모든 기체에 압력을 부여하는 특성은 자유롭게 움직이는 원자 및 분자의 세 개의 병진 자유도에서 발생하는 운동 에너지의 함수이다.

열역학적 온도 눈금의 시작점, 즉 절대 영도는 영 평균 운동 에너지가 샘플에 남아 있는 점으로 재확인되었으며, 유일하게 남아 있는 입자 운동은 영점 에너지로 인한 임의의 진동으로 구성된다.

온도 눈금은 수치적이다. 일부 온도 눈금은 수치적 영점이 온도의 절대 영도와 일치한다. 예로는 국제 SI 온도 눈금, 랭킨 온도 눈금 및 열역학적 온도 눈금이 있다. 다른 온도 눈금은 수치적 영점이 온도의 절대 영도와 멀리 떨어져 있다. 예로는 화씨 눈금과 섭씨 눈금이 있다.

절대 영도에서 물질의 입자 구성 요소는 최소한의 운동을 가지며 더 차가워질 수 없다. 절대 영도는 0 켈빈(0 K)의 온도이며, 정확히 −273.15 °C 및 −459.67 °F에 해당한다. 절대 영도의 물질은 더 이상 전달 가능한 평균 운동 에너지를 갖지 않으며, 남아있는 유일한 입자 운동은 양자역학 현상인 영점 에너지(ZPE) 때문이다.

온도는 일반적으로 물질의 특정 다른 물리적 특성, 예를 들어 부피 또는 압력과의 온도 상호 관계를 과학적으로 조사할 때 절대적 관점에서 표현된다(게이-뤼삭의 법칙 참조). 절대 온도는 또한 화학 반응 속도를 계산할 때 유용하다(아레니우스 방정식 참조).

볼츠만 상수와 관련 공식들은 입자 운동과 속도 벡터의 영역을 설명하는 반면, ZPE는 양자 역학의 수학으로 설명되는 방식으로 입자를 흔드는 에너지장이다. ZPE는 반동 운동에 어느 정도의 카오스를 도입한다. ZPE의 이러한 무작위성은 어떠한 벌크 양의 기체의 압력이나 부피에 순 효과가 없는 이유이다. 그러나 ZPE는 원자가 그렇지 않으면 완벽하게 정지할 때 원자간 요동을 일으킨다.

역사적으로 많은 다른 온도 눈금이 존재했지만, 절대 영도를 영점(0)으로 하는 열역학적 온도를 측정하는 눈금은 켈빈 눈금과 랭킨 눈금, 단 두 가지뿐이다.

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어떤 물질의 덩어리의 열역학적 온도는 병진 운동이라고 하는 특정 종류의 입자 운동의 평균 평균 운동 에너지에 정비례한다. 공간의 세 가지 X, Y, Z 축 차원에서 이러한 단순한 움직임은 입자가 세 가지 공간 자유도에서 움직인다는 것을 의미한다. 이 특정한 형태의 운동 에너지는 때때로 운동 온도라고도 한다. 병진 운동은 열 에너지의 한 형태일 뿐이며, 기체에 온도뿐만 아니라 압력과 부피의 대부분을 부여한다.

운동 에너지, 질량 및 속도의 관계는 공식으로 주어진다. 따라서 한 단위 질량의 입자가 한 단위 속도로 움직이는 것은 네 배의 질량을 가지고 있지만 속도의 절반으로 움직이는 입자와 정확히 동일한 운동 에너지와 정확히 동일한 온도를 가집니다.

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볼츠만 상수는 입자 샘플의 평균 운동 에너지를 찾는 데 유용하지만, 물질이 격리되고 열역학적 평형 상태에 있더라도 개별 원자와 분자의 병진 운동은 광범위한 속도로 발생한다. 어느 순간이든 이 범위 내에서 주어진 속도로 움직이는 입자의 비율은 맥스웰-볼츠만 분포에 의해 설명된 확률에 의해 결정된다.

전도 전자는 비편재화되어(즉, 특정 원자에 묶여 있지 않음) 금속에 특별한 전도성을 부여한다.

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열 복사는 원자의 다양한 진동 운동에서 발생하는 충돌의 부산물이다. 이러한 충돌은 원자의 전자가 열 광자(흑체 복사)를 방출하게 한다. 광자는 전하가 가속될 때마다 방출된다(두 원자의 전자 구름이 충돌할 때 발생). 절대 영도보다 높은 내부 온도를 가진 개별 분자조차도 원자에서 흑체 복사를 방출한다. 평형 상태에 있는 물질의 모든 벌크 양에서, 흑체 광자는 파장 범위에서 방출되는데, 이 스펙트럼은 플랑크 곡선이라고 하는 종 모양의 곡선 형태를 띤다.

흑체 복사는 광자가 인접한 원자에 흡수되면서 물질 전체에 열 에너지를 확산시키고, 그 과정에서 운동량을 전달한다. 흑체 광자는 또한 물질에서 쉽게 탈출하여 주변 환경에 흡수될 수 있으며, 이 과정에서 운동 에너지가 손실된다.

슈테판-볼츠만 법칙에 의해 확립된 바와 같이, 흑체 복사의 세기는 절대 온도의 네 제곱에 비례하여 증가한다.

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입자 운동의 운동 에너지는 물질의 총 열 에너지에 기여하는 한 가지 요인일 뿐이며, 또 다른 요인은 물질이 냉각될 때(예: 응축 및 응고) 형성될 수 있는 분자 결합의 위치 에너지인 상전이이다. 상전이에 필요한 열 에너지를 잠열이라고 한다.

상전이 동안 열 에너지가 방출되거나 흡수되지만, 순수한 화학 원소, 화합물, 공융점 합금은 상전이가 일어나는 동안 어떤 온도 변화도 나타내지 않는다. 융해와 같은 한 가지 특정 유형의 상전이를 생각해 보자. 고체가 녹을 때 결정 구조 화학 결합이 끊어지고 있으며, 물질은 '더 정돈된 상태'에서 '덜 정돈된 상태'로 전환되고 있다.

특정 열역학적 지점인 융점에서 모든 원자 또는 분자는 평균적으로 화학 결합이 격자에서 떨어지지 않고 견딜 수 있는 최대 에너지 임계값에 도달한다. 화학 결합은 전부 아니면 전무한 힘이다. 즉, 단단히 유지되거나 끊어진다. 결과적으로 물질이 융점에 도달하면, 추가된 모든 줄의 열 에너지는 특정 양의 원자 또는 분자의 결합만 끊어, 정확히 동일한 온도의 액체로 변환한다.

끓음의 상전이는 응고보다 훨씬 더 활력적이다. 예를 들어, 물을 완전히 끓이거나 기화시키는 데 필요한 에너지(표준 기화 엔탈피라고 함)는 1도 증가에 필요한 에너지의 약 540배이다.

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물질이 냉각됨에 따라 다양한 형태의 내부 에너지와 관련된 효과가 동시에 감소합니다. 즉, 물질이 덜 정돈된 상태에서 더 정돈된 상태로 변화하면서 가용한 상변이의 잠열이 방출됩니다. 원자와 분자의 병진 운동이 감소하고, 분자의 내부 운동이 감소하며, 전도 전자(물질이 전기 전도체인 경우)의 속도가 "다소" 느려집니다. 또한 흑체 복사의 최대 방출 파장이 증가합니다(광자의 에너지가 감소). 물질의 입자가 최대한 정지 상태에 가깝고 영점 에너지(ZPE)에 의해 유도된 양자역학적 운동만 유지할 때, 물질은 절대 영도에 있습니다.

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절대 영도는 열역학적 온도가 0인 지점이며 물질의 입자 구성 요소가 최소한의 운동을 하는 지점이기도 하지만, 절대 영도가 물질이 0의 내부 에너지를 갖는 지점은 아닙니다.

열역학적 온도는 이상 기체 법칙 및 그 결과와 밀접하게 관련되어 있다. 또한 열역학 제2법칙과도 관련될 수 있다. 열역학적 온도는 특별한 성질을 가지고 있으며, 특히 이상화된 열기관의 효율을 고려하여 유일하게 정의될 수 있다. 따라서 두 온도의 비율은 모든 절대 척도에서 동일하다.

엄밀히 말하면, 시스템의 온도는 열적 평형 상태에서만 잘 정의된다. 미시적 관점에서 물질은 개별 입자 간의 열의 양이 상쇄될 때 열적 평형 상태에 있다. 다양한 물리적 현상의 관찰에서 파생된 여러 가능한 온도 척도가 있다.

대략적으로 말하면, 온도 차이는 두 시스템 간의 열의 방향을 결정하여 결합된 에너지가 가능한 가장 낮은 상태에 최대한 분산되도록 한다. 우리는 이 분포를 "엔트로피"라고 부른다.

열역학 온도는 평형 열역학에서의 기본적인 요건을 충족하도록 정의되는 세기성질이며, 그러한 온도는 하나로 한정되지 않는다.

열역학 온도가 가지는 기본적인 성질 중 하나는 보편성이다. 열역학 온도는 샤를의 법칙이나 열역학 제2법칙과 같은 물질 고유의 성질에 의존하지 않는 법칙에 기초하여 정해지므로, 물질의 선택에 관련된 어려움을 피할 수 없다.

열역학 온도가 갖는 또 하나의 기본적인 성질로서, 하한의 존재가 꼽힌다. 열역학 온도의 하한은 실현 가능한 열역학적 평형 상태를 결정한다. 이 열역학 온도의 하한은 절대 영도라고 불린다.

3.1. 음의 온도

열역학에서 온도는 절대 영도라는 하한을 가지지만, 통계역학에서는 "절대 영도를 밑도는" 온도로서 음의 온도가 도입되기도 한다. 하지만 음의 온도는 열역학이나 평형 통계역학에서의 온도와는 다른 개념이다. 열역학에서 사용되는 통상적인 온도는 평형 상태의 계를 특징짓는 물리량이지만, 음의 온도는 반전 분포가 실현되는 비평형계나 계의 에너지에 상한이 존재하는 특수한 계를 특징짓는 양이다. 음의 온도는 일종의 비평형계에 카노니컬 분포를 확장했을 때, 이 분포에 대한 역온도의 역수 (를 볼츠만 상수로 나눈 것)로 정의되며, 음의 값을 갖는다. 즉, 음의 역온도 $\backslash overline\{\backslash beta\}$에 대해 음의 온도 $\backslash overline\{T\}$는 다음과 같은 관계를 가진다.

:

이 관계는 통상적인 (양의) 온도와 역온도의 관계를 그대로 비평형계에 적용한 것이다. 그러나 그 근원이 되는 역온도와 온도의 대응 관계는, 통계역학에서 정의되는 여러 열역학적 포텐셜이 열역학에서 정의된 것과 (점근적으로) 일치한다는 요청으로부터 유도되는 것이며, 음의 온도가 실현되는 계에서 동일한 관계가 성립한다고 생각할 필연성은 없다.

4. 켈빈과 섭씨온도

1954년부터 2019년 SI 단위 재정의까지 65년 동안 1 켈빈(K)의 온도 간격은 물의 삼중점과 절대 영도 사이 차이의 1/273.16으로 정의되었다. 1954년 국제도량형국(BIPM) 결의에 따라 물의 삼중점은 정확히 273.16 K로 정의되었고, 섭씨 온도(℃)와 켈빈 온도의 차이는 273.15 켈빈으로 정해졌다. 즉, 0 °C는 273.15 K에 해당한다.

이후, 1990년 국제 온도 척도(ITS-90)가 13.8033 K에서 1,357.77 K까지 13개의 추가 지점을 정의하여 이러한 단점을 해결하였다.

2019년 SI 단위 재정의는 볼츠만 상수를 포함한 4개의 물리 상수를 고정하는 것을 목표로 했다. 볼츠만 상수에 정확한 값을 할당하는 것은 정밀한 측정을 제외하고는 현대 온도 측정에 큰 영향을 미치지 않았다. 개정 전에는 물의 삼중점이 정확히 273.16 K였고, 볼츠만 상수는 실험적으로 결정되었다. 이후 볼츠만 상수를 정확히 1.380649 × 10^-23 J/K로 정의함으로써, 물의 삼중점은 실험적으로 결정되는 값이 되었다.

기준 온도 T₀ 를 고정하고, T₀ 와의 온도차

$\backslash theta\; =\; T\; -\; T\_0$

를 생각하면, 각각의 열역학적 온도 T에 대해 θ가 정해지며, 이는 온도를 표현하는 새로운 물리량이 된다. 특히 기준 온도로 어는점 T₀ = 273.15 K를 선택하면, 이 온도 θ는 섭씨 온도이다.

새로운 온도 θ는 열역학적 온도 T와 같은 차원을 가지며, 단위 또한 켈빈(K)을 사용하여 나타낼 수 있지만, 어떤 온도로 나타내고 있는지를 구별하기 위해 다른 단위가 사용된다.

섭씨 온도의 경우 섭씨 도(℃)가 사용되며, 섭씨 도는 ℃ = K로 정의되므로,

$\backslash theta/\{\}^\backslash circ\backslash text\{C\}\; =\; T/\backslash text\{K\}\; -\; 273.15$

가 유도된다.

4.1. 켈빈 (K)

국제 단위계(SI)에서 온도의 단위는 켈빈(단위 기호: K)으로 정의된다. 켈빈은 온도의 절대적인 측정값을 나타낼 뿐만 아니라, 두 온도 간의 차이 또는 범위를 나타내는 데에도 사용된다. 예를 들어, "60/40 주석/납 납땜은 비공정합금이며 응고될 때 5 켈빈 범위에서 가소성을 갖습니다."와 같이 사용될 수 있다. 섭씨 1도의 온도 구간은 1 켈빈과 크기가 같다.

켈빈의 크기는 2019년에 재정의되었는데, 이는 원자 자유 입자 운동의 운동 에너지와 관련된 열역학적 온도의 근본적인 물리적 특성을 반영한 것이다. 이 개정에서는 볼츠만 상수를 정확히 J/K로 고정하였다.

볼츠만 상수를 특정 값으로 고정함으로써, 비활성 기체의 평균 운동 거동을 기준으로 켈빈의 크기가 정확하게 설정되었다. 또한, 열역학적 온도 눈금의 시작점인 절대 영도는 샘플에 남아있는 평균 운동 에너지가 0이고, 영점 에너지로 인한 임의의 진동만이 유일한 입자 운동으로 남는 지점으로 재확인되었다.

1954년부터 2019년 SI 단위 재정의 이전까지 1 켈빈은 물의 삼중점과 절대 영도 사이 차이의 1/273.16으로 정의되었다. 1954년 국제도량형국(BIPM)의 결의에 따라 물의 삼중점은 정확히 273.16 K로 정의되었고, 섭씨 온도와 켈빈 온도의 차이는 273.15 켈빈으로 정해졌다. 즉, 0 °C는 273.15 K에 해당한다.

그러나 1954년 BIPM 표준은 물 샘플 간의 동위원소 변화로 인해 불확실성이 있었고, 삼중점과 절대 영도 사이의 중간 값 및 실온 이상에서 외삽된 값은 실험적으로 결정해야 했다. 이러한 단점은 1990년 국제 온도 척도(ITS-90)에서 13.8033 K에서 1,357.77 K까지 13개의 추가 지점을 정의함으로써 해결되었다.

2019년 SI 단위 재정의는 킬로그램을 물리적 실물로부터 분리하고, 볼츠만 상수를 포함한 4개의 물리 상수를 고정하는 것을 목표로 했다. 볼츠만 상수에 정확한 값을 할당하는 것은 정밀한 측정을 제외하고는 현대 온도 측정에 큰 영향을 미치지 않았다. 개정 전에는 물의 삼중점이 정확히 273.16 K였고, 볼츠만 상수는 실험적으로 결정되었다. 이후 볼츠만 상수를 정확히 1.380649 × 10^-23 J/K로 정의함으로써, 물의 삼중점은 실험적으로 결정되는 값이 되었다. 2019년 재정의 이후에도 물 삼중점 셀은 273.16 K에서 정밀한 교정 기준으로 계속 사용되고 있다.

새로운 온도 θ는 열역학적 온도 T와 같은 차원을 가지며, 단위는 켈빈(K)을 사용하지만, 다른 단위로도 표현될 수 있다. 섭씨 온도의 경우 섭씨 도(℃)가 사용되며, ℃ = K로 정의된다. 따라서,

θ/°C = T/K - 273.15

가 유도된다.

4.2. 섭씨온도 (℃)

기준 온도 를 고정하고, 와의 온도차

를 생각하면, 각각의 열역학적 온도 에 대해 가 정해지며, 이는 온도를 표현하는 새로운 물리량이 된다. 특히 기준 온도로 어는점 = 273.15 K를 선택하면, 이 온도 는 섭씨 온도이다.

섭씨 온도의 경우 섭씨도(℃)가 사용되며, 섭씨도는 ℃ = K로 정의되므로,

가 유도된다. 또한, 환산식으로서 0℃ = 273.15 K라는 것도 보이는데, 이는 열역학적 온도 = 273.15 K에 상당하는 섭씨 온도가 = 0℃라는 것이며, 이것들을 등호로 묶는 것은 SI로서는 올바른 표기가 아니다.

5. 랭킨 온도

역사적으로 많은 다른 온도 눈금이 존재했지만, 절대 영도를 영점(0)으로 하는 열역학적 온도를 측정하는 눈금은 켈빈 눈금과 랭킨 눈금, 단 두 가지뿐이다.

현대적인 측정에서 국제단위계를 거의 항상 사용하는 과학계에서는 열역학적 온도를 켈빈 눈금으로 측정한다. 랭킨 눈금은 영국 공학 단위의 일부이며, 특히 과거의 참고 문헌에서 특정 공학 분야에서 사용된다. 랭킨 눈금은 단위로 도 랭킨(기호: °R)을 사용하며, 이는 도 화씨(기호: °F)와 같은 크기이다.

1켈빈의 단위 증가는 1도 랭킨의 1.8배와 정확히 같다. 따라서 켈빈 눈금의 특정 온도를 랭킨 눈금으로 변환하려면, x K = 1.8 x °R이고, 랭킨 눈금의 온도를 켈빈 눈금으로 변환하려면, x °R = x/1.8 K이다. 결과적으로 절대 영도는 두 눈금 모두 "0"이지만, 물 얼음의 녹는점(0 °C 및 273.15 K)은 491.67 °R이다.

온도 간격(두 온도 사이의 범위 또는 차이)을 변환하려면 앞 문단의 공식이 적용된다. 예를 들어, 5켈빈의 간격은 정확히 9도 랭킨의 간격과 같다.

6. 열역학적 온도의 실제 응용

열역학적 온도는 과학자뿐만 아니라 기체를 다루는 여러 분야의 일반인에게도 유용하다. 변수를 절대적인 측면으로 표현하고 온도/압력 비례의 게이뤼삭의 법칙을 적용하면 일상적인 문제에 대한 해결책을 쉽게 얻을 수 있다. 예를 들어, 온도 변화가 자동차 타이어 내부의 압력에 어떻게 영향을 미치는지 계산할 수 있다. 타이어의 냉간 상태에서의 게이지 압력이 200kPa이면, 절대 압력은 300kPa이다. 실온("타이어" 관점에서 "냉간")은 296,000이다. 타이어 온도가 20°C 더 높으면(20,000), = 6.8% 더 높은 열역학적 온도 및 절대 압력으로 계산된다. 즉, 320kPa의 절대 압력이며, 이는 220kPa의 게이지 압력이다.

7. 역사

열역학적 온도는 카르노 사이클을 사용하여 거시적으로 정의되며, 국제 단위계(SI)는 온도를 측정하기 위해 켈빈(단위 기호: K)을 사용한다. 켈빈의 크기는 2019년에 재정의되어 볼츠만 상수를 정확히 (J/K)로 고정했다.

역사적으로 여러 온도 눈금이 존재했지만, 절대 영도를 영점(0)으로 하는 열역학적 온도를 측정하는 눈금은 켈빈 눈금과 랭킨 눈금 두 가지뿐이다. 현대 과학계에서는 켈빈 눈금을 주로 사용하며, 랭킨 눈금은 영국 공학 단위의 일부로 특정 공학 분야에서 사용된다.

온도 단위 변환은 다음과 같다.

* 1 켈빈 = 1.8 도 랭킨
* 절대 영도 = 0 켈빈 = 0 도 랭킨
* 물의 어는점 = 273.15 켈빈 = 491.67 도 랭킨

1954년부터 2019년까지 1 켈빈은 물의 삼중점과 절대 영도 사이 차이의 1/273.16으로 정의되었다. 1954년 국제도량형국(BIPM) 결의안은 물의 삼중점을 정확히 273.16 K로 정의하고, 섭씨 온도와 켈빈 온도의 차이를 273.15 켈빈으로 정했다.

1954년 BIPM 표준은 물 샘플 간의 동위원소 변화로 인한 불확실성 내에서 물의 어는점 및 삼중점 주변의 온도를 설정하는 데 기여했지만, 중간 값과 실온 이상에서 외삽된 값은 실험적으로 결정되어야 했다. 이 문제는 1990년 국제 온도 척도(ITS-90)에서 13개의 추가 지점을 정의하여 해결되었으나, 여전히 금속 샘플의 융해 또는 어는점에 의존하는 과제가 남아있었다.

2019년 SI 단위 재정의는 킬로그램을 물리적 실물에서 분리하기 위해 볼츠만 상수를 포함한 4개의 물리 상수를 고정했다. 이로 인해 물의 삼중점은 ()의 실험적으로 결정된 값이 되었다.

2019년 재정의에도 불구하고 물 삼중점 셀은 273.16 K 및 0.01 °C에서 매우 정밀한 교정 기준으로 계속 사용되고 있다. 또한 물의 삼중점은 ITS-90을 구성하는 14개의 교정점 중 하나로 남아 있다.