절대영도

절대영도(absolute zero)

실현 가능한 최저 온도. 섭씨온도(Celsius scale)에서는 －273.15°에 해당하며 화씨온도(Fahrenheit scale)에서는 －459.67°에 해당한다. 궁극적인 최저온도가 존재한다는 생각은 저온에서 기체의 작용에 의해 암시되었다. 즉 온도가 내려감에 따라 기체가 한없이 수축하는 것을 볼 수 있다.

이것은 마치 일정한 압력하에서 이상기체는 현재 절대영도라고 하는 온도에서 부피가 0이 될 것으로 생각되었는데, 실제의 모든 기체는 절대영도 이상의 온도에서 액체나 고체로 응축하게 되므로 이상기체 법칙은 단지 실제적인 기체의 성질에 대한 근사값일 뿐이지만 매우 유용한 법칙이다(→ 온도측정법).

한계온도로써 절대영도의 개념에 따라 수많은 열역학적인 결과가 수반되었다. 예를 들어 모든 분자운동이 절대영도에서 정지할 필요는 없지만 다른 계로 전달할 수 있는 분자의 운동이 없기 때문에 절대영도의 에너지가 최소라는 것이다. 절대영도를 영점으로 채택하고 있는 모든 온도 눈금을 절대온도눈금이라고 한다.

국제적인 합의에 의해서 켈빈 눈금(Kelvin scale), 즉 열역학 눈금이 온도 눈금의 표준이며 모든 과학적인 온도 측정의 기초를 이룬다. 이 눈금의 기본단위인 켈빈(도[°] 기호 없이 K로 사용)은 순수한 물의 삼중점(어떤 물질의 액체·고체·기체 상태가 동시에 존재하는 온도)의 1/273.16로 정의된다. 따라서 물의 삼중점과 절대영도 사이는 273.16K이 된다.

2018년 11월 16일 프랑스 베르사유에서 개최된 제26차 국제도량형총회(CGPM)에서 기본 단위의 정의에 기본 상수를 활용하기로 하고, 볼츠만 상수(k)로 온도의 단위인 켈빈을 정의하는 안이 제안되었으며, 만장일치로 채택되었다. 이날 개정된 단위의 정의는 2019년 5월 20일부터 공식적으로 사용된다.

미국에서 사용되는 또다른 절대온도눈금(주로 공학적인 응용을 위한)은 랭킨 눈금(Rankine scale)이다. 비록 랭킨 눈금의 영점도 절대영도이긴 하지만 랭킨 온도는 켈빈 온도와는 다르다. 이 눈금의 기본단위인 。R(랭킨)은 켈빈의 5/9이다(예를 들면 물의 어는점은 273.15K이며 491.67°R이다).→ 섭씨온도, 화씨온도