Die Kelvin-Skala, benannt nach dem britischen Physiker und Ingenieur William Thomson, dem späteren Lord Kelvin, ist die absolute Temperaturskala und eine der sieben Basiseinheiten des Internationalen Einheitensystems (SI). Im Gegensatz zu relativen Skalen wie Celsius oder Fahrenheit, die willkürliche Fixpunkte (wie den Gefrier- und Siedepunkt von Wasser) verwenden, basiert die Kelvin-Skala auf dem absoluten Nullpunkt, dem tiefstmöglichen Punkt auf der Temperaturskala, bei dem keinerlei thermische Energie oder molekulare Bewegung mehr vorhanden ist. Dieser absolute Nullpunkt entspricht 0 Kelvin (0 K) und ist gleich -273,15 Grad Celsius.

Lord Kelvin führte die Idee einer absoluten Temperaturskala im 19. Jahrhundert ein, basierend auf den Prinzipien der Thermodynamik. Er erkannte, dass es einen theoretischen Temperaturpunkt geben muss, an dem die Bewegung von Atomen und Molekülen vollständig zum Stillstand kommt. Dieser Punkt, der absolute Nullpunkt, ist physikalisch unerreichbar, kann aber beliebig nahe angenähert werden. Die Kelvin-Skala ist daher nicht nur eine metrische Skala, sondern auch eine rationale Skala, was bedeutet, dass Verhältnisse von Temperaturen auf dieser Skala physikalisch bedeutsam sind. Zum Beispiel ist 200 K doppelt so warm wie 100 K in Bezug auf die absolute kinetische Energie der Teilchen, was bei Celsius- oder Fahrenheit-Temperaturen nicht der Fall ist.

Ein entscheidender Unterschied zu den Celsius- und Fahrenheit-Skalen ist die Bezeichnung der Einheit. Während man von "Grad Celsius" oder "Grad Fahrenheit" spricht, heißt es korrekt "Kelvin" und nicht "Grad Kelvin". Dies unterstreicht ihren Status als absolute Einheit. Die Größe eines Kelvins ist identisch mit der Größe eines Grades Celsius, was die Umrechnung vereinfacht: Eine Temperatur in Kelvin erhält man, indem man 273,15 zu einer Temperatur in Grad Celsius addiert. Umgekehrt subtrahiert man 273,15 von einer Kelvin-Temperatur, um sie in Grad Celsius umzurechnen. Dieser direkte Zusammenhang macht die Kelvin-Skala besonders nützlich in wissenschaftlichen und technischen Anwendungen, wo Temperaturdifferenzen und absolute Temperaturen von Bedeutung sind.

Die Kelvin-Skala findet breite Anwendung in allen Bereichen der Physik, Chemie und Ingenieurwissenschaften, insbesondere in der Thermodynamik, Kryotechnik und Astronomie. In der Thermodynamik ist die Kelvin-Temperatur direkt proportional zur mittleren kinetischen Energie der Teilchen eines idealen Gases, wie durch das ideale Gasgesetz beschrieben. Dies ist fundamental für das Verständnis von Wärmeübertragung, Entropie und thermodynamischen Prozessen. In der Kryotechnik ermöglicht die Kelvin-Skala die präzise Beschreibung extrem niedriger Temperaturen, die für die Supraleitung oder die Erforschung von Bose-Einstein-Kondensaten unerlässlich sind. Astronomen verwenden Kelvin, um die Temperaturen von Sternen, Planeten und interstellaren Gaswolken zu messen, da diese oft im Bereich von Hunderten oder Tausenden von Kelvin liegen.

Historisch wurde die Kelvin-Skala durch zwei Fixpunkte definiert: den absoluten Nullpunkt und den Tripelpunkt von Wasser (0,01 °C oder 273,16 K). Der Tripelpunkt ist der Zustand, bei dem Wasser gleichzeitig als Eis, Flüssigkeit und Dampf existiert. Diese Definition war jedoch an die spezifischen Eigenschaften von Wasser gebunden. Mit der Neudefinition der SI-Basiseinheiten im Jahr 2019 wurde die Kelvin-Skala neu definiert, indem ihr Wert nun direkt über die Boltzmann-Konstante (k) festgelegt wird. Die Boltzmann-Konstante verknüpft die mikroskopische kinetische Energie von Teilchen mit der makroskopischen Temperatur eines Systems. Diese neue Definition macht die Kelvin-Skala unabhängiger von Materialeigenschaften und präziser, da sie auf einer fundamentalen Naturkonstante basiert, was die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit von Temperaturmessungen weltweit verbessert.