La importancia de Kelvin como una unidad de temperatura absoluta

Question

$$PV=nRT$$

Donde $P$ es la presión en pascales ($\text{Pa}$)
$V$ es el volumen en metros cúbicos ($\text{m}^3$)
$n$ es la cantidad de sustancia en moles ($\text{mol}$)
$R$ es la constante del gas con unidades, julios por mol kelvin ($\text {J K}^{-1}\text{ mol}^{-1}$)
$T$ es la temperatura en kelvin ($\text K$)

Los puntos de fusión y ebullición del agua pura son $0\ ^\circ\text C $ y $100\ ^\circ\text C $ respectivamente. $1\ ^\circ\text C$ es $\dfrac 1 {100}^\text{th}$ de la diferencia de temperatura.

1 kelvin y 1 grado Celsius representan la misma diferencia de temperatura.

Sin embargo, ¿por qué es que en cualquier fórmula (como la de arriba) que involucra temperatura (no diferencia de temperatura), al introducir valores resulta en una temperatura agradable y correcta?

Por ejemplo, $P=100\ \mathrm{}$, $V=8.314\ \mathrm{}$, $n=1\ \mathrm{}$, $R=8.314\ \mathrm{\ \ }$
Al introducir los valores resultará en $T=100\ $
$100$ kelvin.

Pero, ¿cuál es la importancia de 100 kelvin? ¿Por qué no podría haber sido cualquier otra unidad en una escala de temperatura absoluta? Por ejemplo, 100 grados Rankine

En fórmulas simples como

$$\text{Desplazamiento = Velocidad} \times \text{Tiempo}$$ Puedo entender que se obtendrán metros cuando metros por segundo se multipliquen por segundos. No tiene sentido obtener pulgadas de la multiplicación entre metros por segundo y segundos.

Answer 1

No es necesario usar los kelvins para la fórmula del gas ideal. Lo importante es saber que $PV \propto nT$ donde $T$ es la temperatura absoluta y se puede expresar en cualquier escala lineal arbitraria (siempre y cuando la temperatura siga siendo absoluta), incluyendo el kelvin y la escala rankine.

Sin embargo, si eliges que la constante de proporcionalidad sea $R$ dada en J/(K mol), entonces las unidades de temperatura deben ser en kelvins para que la ecuación tenga sentido. Pero no estás obligado a usar tal constante. Podrías elegir cualquier otra constante y ajustar la escala de temperatura que estás utilizando. En particular, podrías haber elegido la constante que haría que la temperatura esté en unidades rankine.

Edit: Dado que el título de la pregunta se refiere a "fórmulas", permíteme mencionar un caso que he visto en varios artículos. En relación con los materiales termoeléctricos, existe un factor $ZT$ que se usa para medir la calidad del material a utilizar como uno termoeléctrico, por ejemplo, para hacer un generador termoeléctrico. Lo importante es que $T$ debe ser la temperatura absoluta. Desafortunadamente, muchos artículos mencionan que $T$ se da en kelvins, cuando no necesariamente es el caso. Afortunadamente, podría decir que la mayoría de los (buenos) artículos se refieren a $T$ como la temperatura absoluta y no mencionan las unidades.

Answer 2

Por ejemplo,

Answer 3

Hay un punto que las otras respuestas no han mencionado, y que considero importante: tanto Celsius como Fahrenheit permiten temperaturas por debajo (de lo que llaman) cero. Si introduces esas medidas en la fórmula, obtienes un valor (presión multiplicada por un valor) que es negativo; lo cual no es físicamente posible. También cabe mencionar que la negatividad no puede ser compensada simplemente con una constante de proporcionalidad (R). Al menos Kelvin tiene la virtud de nunca tener un valor negativo.

Answer 4

Desde hace unas semanas, el kelvin es una unidad que se define estableciendo la constante de Boltzmann en exactamente $1.380 649 \cdot 10^{-23}$ J/K (ver https://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?k).

Por ahora, esto no cambia la escala de temperatura práctica para calibrar termómetros alrededor de temperaturas ambiente: https://www.bipm.org/en/committees/cc/cct/guide-its90.html