Kelvin
کیلون، علامت K، درجہ حرارت کی پیمائش کی اکائی ہے۔ کیلون پیمانہ ایک مطلق پیمانہ ہے، جس کی تعریف اس طرح کی گئی ہے کہ 0 K مطلق صفر ہے اور 1 کیلون سے تھرموڈینامک درجہ حرارت کی تبدیلی تھرمل توانائی کی تبدیلی سے مطابقت رکھتی ہے۔ بولٹزمین مستقل کی وضاحت 2019 میں ایس آئی بیس اکائیوں کی نئی تعریف میں اس طرح کی گئی تھی کہ پانی کا ٹرپل پوائنٹ ہے۔ کیلون بین الاقوامی نظام اکائیوں (ایس آئی) میں درجہ حرارت کی بنیادی اکائی ہے، جو اس کی سابقہ شکلوں کے ساتھ استعمال ہوتی ہے۔ اس کا نام بیلفاسٹ میں پیدا ہونے والے اور گلاسگو یونیورسٹی میں مقیم انجینئر اور طبیعیات دان ولیم تھامسن، پہلے بیرن کیلون (1824-1907) کے نام پر رکھا گیا ہے۔ تاریخی طور پر، کیلون پیمانہ سیلسیس پیمانے سے تیار کیا گیا تھا، اس طرح کہ 273.15 K 0°C (برف کا لگ بھگ پگھلنے کا نقطہ) تھا اور ایک کیلون کی تبدیلی بالکل ایک ڈگری سیلسیس کی تبدیلی کے برابر تھی۔ یہ تعلق درست رہتا ہے، لیکن سیلسیس، فارن ہائیٹ، اور رینکائن پیمانے اب کیلون پیمانے کے لحاظ سے بیان کیے گئے ہیں۔ کیلون انجینئرنگ اور فزیکل سائنسز کے لیے درجہ حرارت کی بنیادی اکائی ہے، جبکہ زیادہ تر ممالک میں سیلسیس پیمانہ ان شعبوں سے باہر غالب پیمانہ ہے۔ ریاستہائے متحدہ میں، طبعی علوم سے باہر، فارن ہائیٹ پیمانہ غالب ہے، جس میں کیلون یا رینکائن پیمانہ مطلق درجہ حرارت کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ 18 ویں صدی کے دوران، درجہ حرارت کے متعدد پیمانے تیار کیے گئے، خاص طور پر فارن ہائیٹ اور سینٹی گریڈ (بعد میں سیلسیس)۔ یہ پیمانے تھرموڈینامکس کی زیادہ تر جدید سائنس سے پہلے کے ہیں، جن میں جوہری نظریہ اور گیسوں کا حرکی نظریہ شامل ہیں جو مطلق صفر کے تصور کو تقویت دیتے ہیں۔ اس کے بجائے، انہوں نے انسانی تجربے کی حد کے اندر متعین نکات کا انتخاب کیا جنہیں آسانی سے اور معقول درستگی کے ساتھ دوبارہ پیش کیا جا سکتا تھا، لیکن تھرمل فزکس میں ان کی کوئی گہری اہمیت نہیں تھی۔ سیلسیس پیمانے (اور طویل عرصے سے ناکارہ نیوٹن پیمانے اور ریمور پیمانے) کے معاملے میں پانی کا پگھلنے کا نقطہ اس طرح کے نقطہ آغاز کے طور پر کام کرتا تھا، جس میں سیلسیس کی تعریف 1740 کی دہائی سے 1940 کی دہائی تک تھرمامیٹر کو اس طرح کیلیبریٹ کرکے کی جاتی تھی کہ پانی کا منجمد نقطہ 0 ڈگری ہے۔ پانی کا بوائلنگ پوائنٹ 100 ڈگری ہے۔ یہ تعریف سطح سمندر پر قدرتی ہوا کے دباؤ کا تخمینہ لگانے کے لیے منتخب کردہ مخصوص دباؤ پر خالص پانی کو فرض کرتی ہے۔ اس طرح 1 ڈگری سیلسیس کا اضافہ پگھلنے اور ابلتے ہوئے مقامات کے درمیان درجہ حرارت کے فرق کے برابر ہوتا ہے۔ درجہ حرارت کا یہ وقفہ آگے چل کر کیلون کے لیے ٹیمپلیٹ بن جاتا۔ چارلس کا قانون 1787 سے 1802 تک، جیکس چارلس (غیر شائع شدہ)، جان ڈالٹن، اور جوزف لوئس گی-لساک نے اس بات کا تعین کیا تھا کہ، مستقل دباؤ پر، مثالی گیسیں اپنے حجم کو لکیری طور پر (چارلس کا قانون) تقریبا 1/273 حصوں فی ڈگری سیلسیس درجہ حرارت کی تبدیلی کے اوپر یا نیچے، 0° اور 100° سیلسیس کے درمیان بڑھاتی یا سکڑتی ہیں۔ اس سے پتہ چلتا ہے کہ تقریبا −273° سیلسیس پر ٹھنڈی ہونے والی گیس کا حجم صفر تک پہنچ جائے گا۔ لارڈ کیلون 1848 میں، ولیم تھامسن، جنہیں بعد میں لارڈ کیلون کے نام سے موسوم کیا گیا، نے ایک مقالہ آن این ایبسولوٹ تھرمومیٹرک اسکیل شائع کیا۔ جلد ہی ختم ہونے والے کیلوری کے نظریہ کا استعمال کرتے ہوئے، انہوں نے مندرجہ ذیل پیرامیٹرز کی بنیاد پر ایک "مطلق" پیمانے کی تجویز پیش کی: پانی کا پگھلنے کا نقطہ 0 ڈگری ہے۔ پانی کا بوائلنگ پوائنٹ 100 ڈگری ہے۔ کوئی بھی دو ہیٹ انجن جن کا ہیٹ سورس اور ہیٹ سنک دونوں ایک ہی تعداد میں ڈگریوں سے الگ ہوتے ہیں، کارنوٹ کے نظریہ کے مطابق، ایک ہی مقدار میں مکینیکل ورک فی یونٹ "کیلوری" پیدا کرنے کے قابل ہوں گے۔ "پیمانے کی خصوصیت جو میں اب تجویز کرتا ہوں وہ یہ ہے کہ تمام ڈگریوں کی قدر ایک جیسی ہوتی ہے ؛ یعنی، اس پیمانے کے درجہ حرارت ° پر کسی شے سے، درجہ حرارت (−1) ° پر کسی شے پر اترنے والی حرارت کی اکائی، وہی مکینیکل اثر دے گی، جو بھی تعداد ہو۔ اسے منصفانہ طور پر مطلق پیمانہ کہا جا سکتا ہے، کیونکہ اس کی خصوصیت کسی مخصوص مادے کی جسمانی خصوصیات سے بالکل آزاد ہے۔ جیسا کہ جدید تھرموڈینامکس میں کارنوٹ کے نظریہ کو صرف اس زیادہ سے زیادہ کارکردگی کو بیان کرنے کے لیے سمجھا جاتا ہے جس کے ساتھ تھرمل توانائی کو مکینیکل توانائی میں تبدیل کیا جا سکتا ہے اور پیش گوئی کی گئی زیادہ سے زیادہ کارکردگی حرارت کے منبع اور ہیٹ سنک کے مطلق درجہ حرارت کے درمیان تناسب کا ایک فعل ہے: کارکردگی ≤1 − اس کے بعد اس پیمانے پر ڈگریوں کی مساوی تعداد میں اضافہ ہمیشہ مطلق درجہ حرارت میں مساوی متناسب اضافے کی نمائندگی کرتا ہے۔ 1848 کے پیمانے پر مطلق درجہ حرارت کی عددی قدر کا تعلق پانی کے پگھلنے کے نقطہ کے مطلق درجہ حرارت، اور پانی کے ابلتے نقطہ کے مطلق درجہ حرارت، (1848 پیمانے) = 100 ()/() سے ہے۔ اس پیمانے پر، 222 ڈگری کے اضافے کا مطلب ہمیشہ ابتدائی درجہ حرارت سے قطع نظر مطلق درجہ حرارت کا تقریبا دوگنا ہونا ہے۔ ایک فوٹ نوٹ میں تھامسن نے حساب لگایا کہ "لامحدود سردی" (مطلق صفر، جس کی اس پیمانے پر منفی لامحدود کی عددی قدر ہوگی) اس وقت کے ہوا کے تھرمامیٹرز کا استعمال کرتے ہوئے −273 °C کے برابر تھی۔ "−273" کی یہ قدر 0.00366 کی منفی باہمی تھی-برف کے نقطہ کے مقابلے میں فی ڈگری سیلسیس مثالی گیس کی تھرمل توسیع کا قبول شدہ گتانک، جو اس وقت قبول شدہ قدر کو قابل ذکر مستقل مزاجی فراہم کرتا ہے۔ ایک دہائی کے اندر، تھامسن نے کیلوری کے نظریہ کو ترک کر دیا تھا اور 1848 کے پیمانے کو 2 خصوصیات پر مبنی ایک نئے پیمانے کے ساتھ ختم کر دیا تھا جو کیلون پیمانے کے مستقبل کے تمام ورژن کی خصوصیت کرے گا: مطلق صفر صفر نقطہ ہے۔ اضافے کی شدت اتنی ہی ہوتی ہے جتنی سیلسیس پیمانے میں ہوتی ہے۔ 1892 میں، تھامسن کو عظیم خطاب 1st بیرن کیلون آف لارجز، یا زیادہ مختصر طور پر لارڈ کیلون سے نوازا گیا۔ یہ نام دریائے کیلون کا حوالہ تھا جو گلاسگو یونیورسٹی کے میدانوں سے بہتا ہے۔ 20 ویں صدی کی ابتدائی دہائیوں میں، کیلون پیمانے کو اکثر "مطلق سیلسیس" پیمانہ کہا جاتا تھا، جو سیلسیس ڈگری کو پانی کے منجمد ہونے کے بجائے مطلق صفر سے شمار کرنے کی نشاندہی کرتا ہے، اور باقاعدہ سیلسیس ڈگری، °C کے لیے ایک ہی علامت کا استعمال کرتا ہے۔ 1873 میں، ولیم تھامسن کے بڑے بھائی جیمز نے درجہ حرارت اور دباؤ کے امتزاج کو بیان کرنے کے لیے ٹرپل پوائنٹ کی اصطلاح تیار کی جس پر کسی مادے کے ٹھوس، مائع اور گیس کے مراحل تھرموڈینامک توازن میں بقائے باہمی کے قابل تھے۔ اگرچہ کوئی بھی دو مراحل درجہ حرارت اور دباؤ کے امتزاج کی ایک حد کے ساتھ ساتھ رہ سکتے ہیں (مثال کے طور پر۔ دباؤ کو بڑھانے یا کم کرنے سے پانی کا ابلتا ہوا نقطہ کافی ڈرامائی طور پر متاثر ہو سکتا ہے)، کسی دیئے گئے مادے کے لیے ٹرپل پوائنٹ کی حالت صرف ایک ہی دباؤ پر اور صرف ایک ہی درجہ حرارت پر ہو سکتی ہے۔ 1940 کی دہائی تک، پانی کے ٹرپل پوائنٹ کو تجرباتی طور پر معیاری ماحولیاتی دباؤ کا تقریبا 0.6 فیصد اور اس وقت استعمال ہونے والے سیلسیس کی تاریخی تعریف کے مطابق 0.1 ڈگری سیلسیس کے بہت قریب ماپا گیا تھا۔ 1948 میں، سیلسیس پیمانے کو پانی کے ٹرپل پوائنٹ درجہ حرارت کو بالکل 0.1 ڈگری سیلسیس کی قیمت تفویض کرکے اور معیاری ماحولیاتی دباؤ پر پگھلنے کے مقام کو تجرباتی طور پر طے شدہ قیمت (اور ماحول کے دباؤ پر اصل پگھلنے کے مقام کی اتار چڑھاؤ کی قیمت) کی اجازت دے کر دوبارہ ترتیب دیا گیا تھا۔ اسے اس بنیاد پر جائز قرار دیا گیا کہ ٹرپل پوائنٹ کو پگھلنے والے نقطہ سے زیادہ درست طریقے سے دوبارہ پیش کرنے کے قابل حوالہ درجہ حرارت دینے کے لیے فیصلہ کیا گیا تھا۔ ٹرپل پوائنٹ کو ± 0.0001 °C درستگی کے ساتھ ماپا جا سکتا ہے، جبکہ پگھلنے کا نقطہ صرف ± 0.001 °C ہے۔ 1954 میں، مطلق صفر کا تجرباتی طور پر − 273.15 °C ہونے کا تعین کیا گیا تھا جو اس وقت استعمال میں تھا، وزن اور پیمائش پر 10 ویں جنرل کانفرنس (سی جی پی ایم) کی قرارداد 3 نے ایک نیا بین الاقوامی سطح پر معیاری کیلون پیمانہ متعارف کرایا جس نے ٹرپل پوائنٹ کو بالکل 273.15 + 0.1 = 273.16 ڈگری کیلون کے طور پر بیان کیا۔ 1967/1968 میں، 13 ویں سی جی پی ایم کے ریزولوشن 3 نے تھرموڈینامک درجہ حرارت کے یونٹ انکریمنٹ کا نام بدل کر "کیلون" رکھا، علامت K، "ڈگری کیلون" علامت کی جگہ لے لی۔ 13 ویں سی جی پی ایم نے قرارداد 4 میں یہ بھی کہا کہ "کیلون، تھرموڈینامک درجہ حرارت کی اکائی، پانی کے ٹرپل پوائنٹ کے تھرموڈینامک درجہ حرارت کے حصے کے برابر ہے"۔ 1983 میں میٹر کی نئی تعریف کے بعد، اس نے کیلون، دوسرا، اور کلوگرام کو واحد ایس آئی اکائیوں کے طور پر چھوڑ دیا جو کسی دوسری اکائی کے حوالے سے بیان نہیں کیا گیا تھا۔ 2005 میں، یہ نوٹ کرتے ہوئے کہ ٹرپل پوائنٹ پانی کا نمونہ بنانے والے ہائیڈروجن اور آکسیجن کے آاسوٹوپک تناسب سے متاثر ہو سکتا ہے اور یہ کہ "اب پانی کے ٹرپل پوائنٹ کے مختلف احساسات کے درمیان مشاہدہ شدہ تغیر کے بڑے ذرائع میں سے ایک ہے"، سی جی پی ایم کی ایک کمیٹی، انٹرنیشنل کمیٹی برائے وزن اور پیمائش (سی آئی پی ایم) نے تصدیق کی کہ پانی کے ٹرپل پوائنٹ کے درجہ حرارت کی وضاحت کے مقاصد کے لیے، کیلون کی تعریف ویانا کے معیاری اوسط سمندری پانی کے لیے مخصوص آاسوٹوپک ساخت والے پانی سے مراد ہوگی۔ 2005 میں، سی آئی پی ایم نے ایک زیادہ تجرباتی طور پر سخت طریقہ استعمال کرتے ہوئے کیلون (دیگر ایس آئی اکائیوں کے ساتھ) کی نئی تعریف کرنے کے لیے ایک پروگرام شروع کیا۔ خاص طور پر، کمیٹی نے کیلون کو اس طرح سے نئی شکل دینے کی تجویز پیش کی کہ بولٹزمین مستقل صحیح قدر حاصل کرے۔ کمیٹی نے امید ظاہر کی تھی کہ یہ پروگرام سی جی پی ایم کے 2011 کے اجلاس میں اس کی منظوری کے لیے وقت پر مکمل ہو جائے گا، لیکن 2011 کے اجلاس میں اس فیصلے کو 2014 کے اجلاس تک ملتوی کر دیا گیا جب اسے کسی بڑے پروگرام کا حصہ سمجھا جائے گا۔ موجودہ تعریف کے لحاظ سے بولٹزمین مستقل کی زیادہ درست پیمائش کے لیے، 2014 میں نئی تعریف کو مزید ملتوی کر دیا گیا تھا، لیکن آخر کار 2018 کے آخر میں 26 ویں سی جی پی ایم میں = کی قدر کے ساتھ اپنایا گیا۔ سائنسی مقاصد کے لیے، بنیادی فائدہ یہ ہے کہ یہ بہت کم اور بہت زیادہ درجہ حرارت پر پیمائش کو زیادہ درست طریقے سے کرنے کی اجازت دیتا ہے، کیونکہ استعمال کی جانے والی تکنیکیں بولٹزمین مستقل پر منحصر ہوتی ہیں۔ اسے کسی خاص مادے سے آزاد ہونے کا فلسفیانہ فائدہ بھی حاصل ہے۔ یونٹ J/K کلوگرام m2 ⋅ s−2 ⋅ K−1 کے برابر ہے، جہاں کلوگرام، میٹر اور سیکنڈ کی تعریف بالترتیب پلانک مستقل، روشنی کی رفتار، اور سیزیم-133 گراؤنڈ اسٹیٹ ہائپر فائن منتقلی کی مدت کے لحاظ سے کی جاتی ہے۔ اس طرح، یہ تعریف صرف عالمگیر مستقلات پر منحصر ہے، نہ کہ کسی جسمانی نمونے پر جیسا کہ پہلے عمل کیا جاتا تھا۔ چیلنج یہ تھا کہ ٹرپل پوائنٹ کے قریب پیمائش کی درستگی کو کم کرنے سے گریز کیا جائے۔ عملی مقاصد کے لیے، تعریف پر کسی کا دھیان نہیں گیا تھا ؛ پانی اب بھی 273.15 K (0 °C) پر جم جاتا ہے، اور پانی کا ٹرپل پوائنٹ عام طور پر استعمال ہونے والا لیبارٹری حوالہ درجہ حرارت ہے۔ فرق یہ ہے کہ، نئی تعریف سے پہلے، پانی کا ٹرپل پوائنٹ درست تھا اور بولٹزمین مستقل کی پیمائش شدہ قیمت تھی، جس کی نسبتا معیاری غیر یقینی صورتحال تھی۔ اس کے بعد، بولٹزمین مستقل درست ہے اور غیر یقینی صورتحال پانی کے ٹرپل پوائنٹ پر منتقل ہو جاتی ہے، جو اب ہے۔ نئی تعریف باضابطہ طور پر 20 مئی 2019 کو میٹر کنونشن کی 144 ویں سالگرہ کے موقع پر نافذ ہوئی۔ عملی استعمال رنگ کا درجہ حرارت کیلون اکثر روشنی کے ذرائع کے رنگ کے درجہ حرارت کی پیمائش کے طور پر استعمال ہوتا ہے۔ رنگ کا درجہ حرارت اس اصول پر مبنی ہے کہ بلیک باڈی ریڈی ایٹر اپنے درجہ حرارت کی تعدد تقسیم کی خصوصیت کے ساتھ روشنی خارج کرتا ہے۔ تقریبا نیچے کے درجہ حرارت پر سیاہ اجسام سرخ دکھائی دیتے ہیں، جبکہ اس سے اوپر کے اجسام نیلے رنگ کے دکھائی دیتے ہیں۔ رنگ کا درجہ حرارت امیج پروجیکشن اور فوٹو گرافی کے شعبوں میں اہم ہے، جہاں "ڈے لائٹ" فلم ایملشن سے ملنے کے لیے تقریبا رنگ کا درجہ حرارت درکار ہوتا ہے۔ فلکیات میں، ستاروں کی درجہ بندی اور ہرٹز اسپرنگ-رسل خاکہ پر ان کا مقام، جزوی طور پر، ان کی سطح کے درجہ حرارت پر مبنی ہے، جسے موثر درجہ حرارت کہا جاتا ہے۔ مثال کے طور پر، سورج کے فوٹوسفیئر کا ایک مؤثر درجہ حرارت ہے جیسا کہ آئی اے یو 2015 ریزولوشن بی 3 نے اپنایا ہے۔ ڈیجیٹل کیمرے اور فوٹو گرافی کا سافٹ ویئر اکثر ترمیم اور سیٹ اپ مینو میں K میں رنگین درجہ حرارت کا استعمال کرتے ہیں۔ سادہ گائیڈ یہ ہے کہ زیادہ رنگ کا درجہ حرارت بہتر سفید اور نیلے رنگوں والی تصویر پیدا کرتا ہے۔ رنگ کے درجہ حرارت میں کمی ایک ایسی تصویر پیدا کرتی ہے جس پر سرخ، "گرم" رنگوں کا زیادہ غلبہ ہوتا ہے۔ شور کے درجہ حرارت کی اکائی کے طور پر کیلون الیکٹرانکس کے لیے، کیلون کو اس اشارے کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے کہ حتمی شور کے فرش کے سلسلے میں سرکٹ کتنا شور ہے، یعنی۔ شور کا درجہ حرارت۔ مجرد مزاحموں اور کیپسیٹرز کا نام نہاد جانسن-نائکوسٹ شور ایک قسم کا تھرمل شور ہے جو بولٹزمین مستقل سے حاصل ہوتا ہے اور شور کے لیے فریس فارمولوں کا استعمال کرتے ہوئے سرکٹ کے شور کے درجہ حرارت کا تعین کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ ماخوذ اکائیاں اور ایس آئی ضرب کیلون سے ماخوذ ایک خاص نام والی واحد ایس آئی ماخوذ اکائی ڈگری سیلسیس ہے۔ دیگر ایس آئی اکائیوں کی طرح، کیلون کو ایک میٹرک سابقہ جوڑ کر بھی تبدیل کیا جا سکتا ہے جو اسے 10 کی طاقت سے ضرب دیتا ہے: آرتھوگرافی ایس آئی کنونشن کے مطابق، کیلون کو کبھی ڈگری کے طور پر نہیں کہا جاتا اور نہ ہی لکھا جاتا ہے۔ لفظ "کیلون" جب اکائی کے طور پر استعمال ہوتا ہے تو اسے بڑے حروف میں نہیں رکھا جاتا ہے۔ اسے مناسب طور پر جمع کیا جاتا ہے (مثال کے طور پر، "یہ باہر 283 کیلون ہے"، اس کے برعکس "یہ 50 ڈگری فارن ہائیٹ ہے" یا "10 ڈگری سیلسیس")۔ اکائی کی علامت K ایک بڑا حرف ہے۔ لارڈ کیلون یا کیلون پیمانے کا حوالہ دیتے وقت کیلون کو بڑی شکل دینا عام روایت ہے۔ اکائی کی علامت K کو یونیکوڈ میں کوڈ پوائنٹ پر انکوڈ کیا گیا ہے۔ تاہم، یہ ایک مطابقت کا کردار ہے جو میراث انکوڈنگ کے ساتھ مطابقت کے لیے فراہم کیا گیا ہے۔ یونیکوڈ کا معیار اس کے بجائے استعمال کرنے کی سفارش کرتا ہے ؛ یعنی، ایک عام کیپٹل K۔ "تین حرف نما علامتوں کو باقاعدہ حروف:،، اور کے لیے کینونکل مساوات دی گئی ہے۔ تینوں صورتوں میں، باقاعدہ خط استعمال کیا جانا چاہیے۔ " یہ بھی دیکھیں درجہ حرارت کے پیمانے کا موازنہ 1990 کے بین الاقوامی درجہ حرارت کے پیمانے منفی درجہ حرارت کے نوٹ حوالہ جات کتابچہ بیرونی روابط 1848 تعارف سکاٹش ایجادات ایس آئی بیس یونٹس ولیم تھامسن، موسمیات میں درجہ حرارت کے پیمانے کے پہلے بیرن کیلون پیمانے