🌡️ 국제표준온도의 비밀 ‘온도’는 어떻게 측정하고 정의될까? | 켈빈, 삼중점, ITS-90 이야기
우리가 “오늘 몇 도야?”라고 물을 때 쓰는 숫자는
사실 과학자들이 수백 년 동안 만들어온 정밀한 기준 체계를 따르고 있습니다.
하지만 생각해보면,
온도는 보이지도, 잡히지도 않는데… 그걸 어떻게 정확하게 ‘측정’할 수 있을까요?
오늘은 ‘온도’라는 추상적 개념이
어떻게 국제적으로 정의되고, 실험실에서 구현되는지
그리고 그 기준이 실제 반도체, 열센서, 산업 현장에 어떻게 쓰이는지 소개합니다.
1️⃣ 온도는 어떤 단위를 쓸까?
국제 표준 단위: 켈빈(K)
- **켈빈(K)**은 SI 단위계에서 사용하는 온도 단위입니다.
- 물리학에서는 섭씨(℃)보다 켈빈이 기본 단위예요.
(📌 °C = K - 273.15)
💡 왜 켈빈을 쓸까?
→ 절대영도(−273.15°C)를 기준으로 하며, 온도의 상대성 없이 정확한 열 에너지 기준을 제공하기 때문이에요.
2️⃣ 온도는 어떻게 ‘정의’되어 있을까?
📍 과거: ‘물의 삼중점’을 기준으로 정의
- 물의 삼중점: 고체(얼음)·액체(물)·기체(수증기)가 공존하는 특정 온도
- 이 조건은 **정확히 273.16K(=0.01°C)**로 고정되어 있었고,
한동안 이 값이 켈빈의 정의 기준이었습니다.
📍 현재: ‘볼츠만 상수’를 통한 정의 (2019년부터)
📌 1K = 열 에너지 / 볼츠만 상수(k)
k = 1.380 649 × 10⁻²³ J/K
이로써 ‘온도’는 물질이 아닌 물리 상수 기반으로 완전히 재정의되었습니다.
이는 킬로그램 정의가 ‘플랑크 상수’ 기반으로 바뀐 것과 같은 맥락이에요.
3️⃣ ITS-90: 과학자들이 실제로 쓰는 온도 기준
💡 실험실에선 볼츠만 상수로 직접 측정하기 어려움 → 대신 ITS-90 사용
ITS-90 (International Temperature Scale of 1990)
: 다양한 온도 범위에서 정확한 ‘고정점’과 ‘센서 교정 방법’을 제공하는 표준 스케일
주요 고정점 예시:
| 헬륨 삼중점 | 0.65K | 초저온 기준점 |
| 물의 삼중점 | 273.16K | 표준 온도 기준점 |
| 아연의 고정점 | 692.73K | 고온 측정기기 교정 |
| 은(Silver)의 고정점 | 1234.93K | 고온 열전대 검교정 기준 |
📌 이 고정점들을 기준으로 플래티넘 저항 온도계, 열전대 등을 정밀 교정합니다.
4️⃣ 실험실과 산업에서 쓰이는 온도 측정 기술
✅ 플래티넘 저항 온도계 (PRT, RTD)
- 저항 값이 온도에 따라 선형적으로 변하는 성질 이용
- 매우 높은 정확도 (ITS-90에서 표준 측정기로 사용)
✅ 열전대 (Thermocouple)
- 두 금속의 접점에서 생기는 전압으로 온도 측정
- 넓은 온도 범위, 반응 빠름 → 산업 현장에서 널리 사용
- 예: K형, J형, R형 열전대
✅ 서미스터 (Thermistor)
- 저항-온도 곡선이 비선형이지만 민감도 매우 높음
- 좁은 범위에서 빠르게 온도 감지 (전자제품, 의료기기 등)
📊 온도 측정기기 비교
| PRT (RTD) | 열전대 | 서미스터 | |
| 측정 범위 | -200~600℃ | -200~1800℃ | -50~150℃ |
| 정밀도 | 매우 높음 (±0.01℃) | 보통 | 민감하지만 비선형 |
| 반응 속도 | 느림 | 빠름 | 매우 빠름 |
| 용도 | 표준 계측, 과학 실험 | 산업/공장 | 가전, 소형기기 |
✍ 마무리하며
‘온도’는 우리가 느끼기엔 쉬운 개념이지만,
측정하고 정의하는 과정은 매우 정밀한 과학의 영역입니다.
우리가 마시는 물의 온도부터
반도체 제조의 공정 온도까지,
모두는 켈빈을 기준으로 세워진 정밀한 체계 덕분에 안정적으로 유지됩니다.
다음에 온도계를 볼 때는,
그 숫자 뒤에 있는 과학의 깊이를 한번 떠올려보세요 😊