7.4 温度和温标

7.4温度和温标研究物理问题研究对象一个物体多个物体系统研究的问题不同选取的系统常不同热学研究对象系统以外的物质统称为外界或环境热力学系统如气体、液体、固体等大量分子组成的物体或物体系统一般说来热力学系统，要研究以下几个的性质：描述系统在电、磁场作用下的性质，如电场强度，磁感应强度等。①几何性质描述系统的大小、形状、体积等。②力学性质描述系统的压强、应力、表面张力等。③热学性质描述系统温度。④电磁性质状态参量某氧气瓶容积为100L，其内氧气在温度为20oC时的气压为5atm。——描写系统状态的物理量如：一辆汽车经过二中门口时的速度为10m/s，加速度为1m/s2。对于一个封闭系统，在经过相当长的时间后，系统整体的宏观性质将不随时间而变化、且具有确定的状态——平衡状态，简称平衡态。特点：系统的所有性质都不随时间变化0oC2atm5atm60oC绝热冷空气注意：①平衡态是一种理想情况，因为任何系统完全不受外界影响是不可能的。②类似于化学平衡，热力学系统达到的平衡态也是一种动态平衡。③系统内部没有物质流动和能量流动。④处于平衡态的系统各处温度相等，但温度各处相等的系统未必处于平衡态。在有外界作用时，系统中各部分也可能达到稳定状态，但并非为平衡态。平衡态对应的是无外界影响下的状态。由于分子做无规则的热运动，在这样的条件下达到的平衡往往整体平衡局部不平衡，且达到的平衡态具有一定的不稳定性，存在一定的起伏。这样的平衡称为动态平衡。热水热水温空气热水温水非平衡态平衡态k10oC5atm50oC6atm绝热力学平衡具有一种相同的力学性质压强+++------静电平衡具有一种相同的电学性质电势10OC200OC绝热热平衡具有一种相同的热学性质温度系统间的相互作用特征温度相等ABABAB若两带电体相连后，其带电状态不发生变化。说明两带电体原来就已经处于相同的电平衡状态。（具有相等的电势）若两个系统接触后，它们的热学状态不发生变化。说明两个系统原来就已经处于相同的热平衡状态。（具有相等的温度）ACBCAB若两个系统分别与第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定处于热平衡。热平衡定律(热力学第零定律)若两个系统分别与第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定处于热平衡。■热平衡定律(热力学第零定律)■温度计与温标温标——温度的数值表示法建立一种温标的三要素：①选择某种物质（叫做测温物质）的某一随温度变化的属性（叫做测温属性）来标志温度；②选定固定点（规定零点）；③对测温属性随温度的变化关系作出规定（即规定分度的方法）。水银温度计——水银的热膨胀电阻温度计——金属电阻随温度变化气体温度计——气体压强随温度变化热电偶温度计——不同导体因温差产生电动势的大小三、温度计与温标建立一种温标的三要素：①首先要确定物质②其次，确定该测温物质随温度变化物理量③第三，选定参考点（即规定分度的方法）。摄氏温标：标准大气压下冰的熔点为0oC标准大气压下水的沸点为100oC在0oC与100oC之间等分成100等份，每份算做1oC热力学温标：热力学温度是国际单位制中七个基本物理量之一，用符号T表示，单位是开尔文，简称开，符号为K。开氏温度T与摄氏温度t的关系是：T=t+273.15K∆T=∆t注意:①摄氏温标的单位“℃”是温度的常用单位，但不是国际制单位，温度的国际制单位是开尔文，符号为K．在今后各种相关热力学计算中，一定要牢记将温度单位转换为热力学温度即开尔文；②由T＝t+273.15K可知，物体温度变化l℃与变化lK的变化量是等同的，但物体所处状态为l℃与lK是相隔甚远的；两个物体放在一起彼此接触，它们若不发生热传递，其原因是()A．它们的能量相同B．它们的比热相同C．它们的热量相同D．它们的温度相同D下列关于热力学温度的说法中，正确的是()A．热力学温度的零点是－273.15℃B．-1360C比136K温度高C．0oC等于273.15KD．1℃就是1KE．升高1oC就是升高274KABC在25℃左右的室内，将一只温度计从酒精中拿出，观察它的示数变化情况是（）A．温度计示数上升B．温度计示数下降C．温度计示数不变D．示数先下降后上升D例3、实际应用中，常用到一种双金属温度计．它是利用铜片与铁片铆合在一起的双金属片的弯曲程度随温度变化的原理制成的，如图所示．已知左图中双金属片被加热时，其弯曲程度会增大，则下列各种相关叙述中正确的有()A．该温度计的测温物质是铜、铁两种热膨胀系数不同的金属B．双金属温度计是利用测温物质热胀冷缩的性质来工作的C．由左图可知，铜的热膨胀系数大于铁的热膨胀系数D．由右图可知，其双金属征的内层一定为铜．外层一定为铁ABC固解析：双金属温度计是利用热膨胀系数不同的铜、铁两种金属制成的双金属片其弯曲程度随温度变化的原理来工作的，A、B选项是正确的．图7－4一l左图中．加热时，双金属片弯曲程度增大，即进一步向上弯曲，说明双金属片下层热膨胀系数较大，即铜的热膨胀系数较大，C选项正确．图7—4—1右图中，温度计示数是顺时针方向增大，说明当温度升高时温度计指针顺时针方向转动，则其双金属片的弯曲程度在增大，故可以推知双金属片的内层一定是铁，外层一定是铜，D选项是错误的．一支玻璃管一端与一个鸡蛋大小的玻璃泡相连，另一端竖直插在水槽中，并使玻璃管内吸入一段水柱。当气温变化时，玻璃泡中气体压强会随着变化，从而使玻璃管内水柱高度发生变化。根据管内水柱高度的变化就可测出相应的温度。说明“伽利略温度计”的测温物质和测温属性。在25℃左右的室内，将一只温度计从酒精中拿出，观察它的示数变化情况是（）A．温度计示数上升B．温度计示数下降C．温度计示数不变D．示数先下降后上升D例1、一金属棒的一端与0℃冰接触，另一端与100℃水接触，并且保持两端冰、水的温度不变．问当经过充分长时间后，金属棒所处的状态是否为热平衡态?为什么?答案：否，因金属棒各部分温度不相同，存在能量交换．金属棒0度恒温100度恒温3、平衡态：没有外界影响的情况下，系统中各部分的状态参量都达到稳定的状态。平衡态：系统内部没有物质流动和能量流动。华氏温标华伦海特(G·D·Fahrenheit)最初所制的水银温度计是在北爱尔兰最冷的某个冬日，水银柱降到最低的高度定为零度；把他妻子的体温定为100度，然后再把这段区间的长度均分为100份，每一份叫1度。这就是最初的华氏温标。显然，认定气温和人的体温作为测温质的标准点并在此基础上分度是不妥当的。健康人的体温在一天之中经常波动，而且他妻子如果感冒发烧了怎么办？后来，华伦海特改进了他创立的温标，把冰、水、氯化铵和氯化钠的混合物的熔点定为零度，以0°F表示之，把冰的熔点定为32°F，把水的沸点定为212°F，在32→212的间隔内均分180等分，这样，参考点就有了较为准确的客观依据。这就是现在仍在许多国家使用的华氏温标[1]，华氏温标确定之后，就有了华氏温度(指示数)。摄氏温标后来摄耳修司(A·Celsiua)也用水银作测温质，以冰的熔点为零度(标以0℃)，以水的沸点为100度(标以100℃)。他认定水银柱的长度随温度作线性变化，在0度和100度之间均分成100等份，每一份也就是每一个单位叫1摄氏度。这种规定办法就叫摄氏温标。统一的热力学温标为了结束温标上的混乱局面，开尔文(即W·汤姆逊)——这位热力学第二定律的创始人，最受尊敬的物理学家，创立了一种不依赖任何测温质(当然也就不依赖任何测温质的任何物理性质)的绝对真实的绝对温标，也叫开氏温标或热力学温标。开氏温标是根据卡诺循环定出来的，以卡诺循环的热量作为测定温度的工具，即热量起着测温质的作用。正因为如此，我们又把开氏温标叫做热力学温标。卡诺循环描绘了理想热机的基本图案，具有巨大的理论意义。卡诺循环象迷雾中的灯塔，给出了热机效率的上限。谢谢！