第一節(jié)溫度與熱

1、第一節(jié)溫度與熱第三章 熱熱平衡（thermal equilibrium）當(dāng)孤立的兩個(gè)物體互相接觸且可互相傳熱時(shí)，其冷熱程度最後會(huì)趨於一致，此現(xiàn)象稱為熱平衡。達(dá)成熱平衡的兩個(gè)物體具有相同的溫度。 熱力學(xué)第零定律Zeroth Law of Thermodynamics 壓力不變的情況下，定量的氣體受熱時(shí)，體積會(huì)膨脹；冷卻時(shí)，則縮小。氣體的體積可以反應(yīng)出冷熱的程度測(cè)量溫度的工具溫度計(jì)（thermometer）21利用物體熱脹冷縮的性質(zhì):水銀和酒精溫度計(jì)。利用金屬或半導(dǎo)體的電阻隨溫度變化:電阻溫度計(jì)。 金屬電阻隨溫度上升而增加 半導(dǎo)體電阻隨溫度上升而減少熱敏電阻器thermistor 由含有錳和鎳氧化

2、物的半導(dǎo)體材料混合而成的電阻元件，其電阻隨溫度而變。白金電阻溫度計(jì)熱電偶Thermocouple兩種不同金屬線（銻和銅）聯(lián)結(jié)成的迴路，若在二個(gè)接點(diǎn)分別處在不同的溫度時(shí)，此迴路會(huì)產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)(電壓)而引起電流 紅外線溫度計(jì)1Liquid crystal thermography Nanothermometer for High Temperature Measurement 溫標(biāo)量度物體溫度數(shù)值的標(biāo)尺 1712年，德國(guó)物理學(xué)家華倫海特（Daniel Gabriel Fahrenheit）將冰與鹽混和後，所能達(dá)到的最低溫度訂為0，而概略的將人體溫度定為100，兩者間等分成100個(gè)刻度。 華氏 攝氏

3、 1742年，瑞典安德斯攝西阿斯（Anders Celsius）將一大氣壓下的水的沸點(diǎn)規(guī)定為0，冰點(diǎn)訂為100，和現(xiàn)行的攝氏溫標(biāo)剛好相反剛好相反。到1744年才被修成現(xiàn)行的攝氏溫標(biāo)。溫標(biāo)的轉(zhuǎn)換 攝氏長(zhǎng)線段華氏長(zhǎng)線段攝氏短線段華氏短線段 100 - 0 212 - 32 - 0 oF - 32A-BAX0-1000-C32-21232-Fo熱力學(xué)溫標(biāo)（克氏溫標(biāo)Kelvin, K）、絕對(duì)溫標(biāo)絕對(duì)零度時(shí)的溫度定義為0K。水的三相點(diǎn)，(即三態(tài)共存的溫度)，訂為273.16K。水在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下結(jié)冰的溫度，即攝氏溫標(biāo)0，等於克氏溫標(biāo)273.15K。優(yōu)點(diǎn):不受使用物質(zhì)的影響，各溫度範(fàn)圍均能適用。 絕對(duì)溫度（

4、K）攝氏溫度（）273絕對(duì)零度於攝氏-273，這是理論上的溫度下限。在接近這個(gè)溫度前，氣體已冷凝成液體。 種類命名由來(lái)1atm下水的冰點(diǎn)1atm下水沸點(diǎn)刻度攝氏溫標(biāo)攝氏阿斯0 C C100 C C100等份一等分為1 C C華氏溫標(biāo)華倫海特32 F F212 F F180等分一等分為1 F F克氏溫標(biāo)克耳文273K373K100等分一等分為1K水銀溫度計(jì)浸在冰水中時(shí)，水銀柱的長(zhǎng)度是3公分；浸在沸水中時(shí)，水銀柱的長(zhǎng)度為23公分，則：(1) 25時(shí)，水銀柱的長(zhǎng)度為何？(2) 溫度計(jì)浸在某液體中，水銀柱長(zhǎng)18公分，液體溫度為何？練習(xí) 100 - 0 23 - 3 - 0 x - 3用一個(gè)讀數(shù)不準(zhǔn)確的

5、溫度計(jì)測(cè)量一大氣壓下純水與冰共存時(shí)的平衡溫度為2C純水沸騰時(shí)的溫度為106C再用此溫度計(jì)測(cè)量某液體溫度的讀數(shù)為20C求此液體的正確溫度為多少？練習(xí)測(cè)量某物體的溫度時(shí)，發(fā)現(xiàn)華氏度數(shù)為攝氏度數(shù)的2倍，則該物體的溫度為攝氏幾度？ 攝氏160度 100 - 0 212 - 32 x - 0 2x - 32重新設(shè)定溫標(biāo)，使水在一大氣壓下的沸點(diǎn)刻度為0，冰點(diǎn)為100，則下列敘述何者正確？ (A)水的冰點(diǎn)不是32F (B)水的冰點(diǎn)不是273K (C)水的沸點(diǎn)仍然是173K (D)用此溫標(biāo)，高山上水的沸點(diǎn)新刻度 仍然為正值 (E)絕對(duì)溫標(biāo)將變成100個(gè)刻度。 (D)高山上水的沸點(diǎn)比平地低注意事項(xiàng)1.測(cè)量物體的

6、溫度時(shí)，溫度計(jì)和待測(cè)物體接觸到達(dá)成熱平衡時(shí)，溫度計(jì)上的讀數(shù)才是物體的真正溫度。2.溫度計(jì)有量測(cè)範(fàn)圍的限制3.溫度計(jì)應(yīng)越靈敏越小越好Why?玻璃管液體溫度計(jì)的玻璃管為何是窄的？玻璃球的壁為何是薄的？玻璃管液體溫度計(jì)是利用液體受熱體積膨脹的性質(zhì)來(lái)觀察溫度的高低玻璃管的內(nèi)徑愈小液體受熱時(shí)升降愈明顯就愈容易觀察。玻璃球的壁愈薄愈容易與待測(cè)物達(dá)熱平衡。熱量與比熱 熱質(zhì)(caloric)說(shuō)高溫物體將一些熱質(zhì)轉(zhuǎn)移給低溫物體。18世紀(jì)廣泛承認(rèn)的關(guān)於燃燒和熱現(xiàn)象的解釋，認(rèn)為熱的傳遞是熱質(zhì)假想的無(wú)重量流體的流動(dòng)。 能量說(shuō)熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn):焦耳從實(shí)驗(yàn)中證實(shí)熱是一種能量。當(dāng)物體的能量增加 溫度升高或狀態(tài)改變。 使物體溫度

7、增加，也可用其他形式的能量轉(zhuǎn)換。1卡是指將1公克的水，使其溫度從 14.5升至15.5所需的熱量。熱量熱量(Heat)英熱單位1Btu 為使1磅質(zhì)量的純水，其溫度由 63 升高到 64 所需的熱量。1Btu 252 卡。水質(zhì)量為 m，溫度增加的攝氏度數(shù)為T，則增溫所需的熱量 H 為H m T 比熱比熱（specific heat）水和同質(zhì)量的其他物質(zhì)在相同的情況下加熱，欲使升高同量的溫度，所需供應(yīng)的熱量不相等。定義:使1克物質(zhì)上升1所需吸收的熱量，為該物質(zhì)的比熱物質(zhì)質(zhì)量為 m，比熱為 s，而物質(zhì)溫度增加的攝氏度數(shù)為T，則該物質(zhì)增溫所需的熱量 H 為 H m s T比熱的測(cè)量混合法：準(zhǔn)備保利綸製

8、成的杯子，在其內(nèi)倒入已知質(zhì)量和溫度的冷水。將預(yù)先置放在沸水（100）中的待測(cè)金屬塊，取出並放入冷水杯內(nèi)，達(dá)成熱平衡，記下水溫上升的最高值。便可計(jì)算出該金屬的比熱。保利綸杯內(nèi)的冷水質(zhì)量為300克，其初溫為室溫20。浸入沸水中的金屬塊質(zhì)量為200克，即其初溫為100，當(dāng)金屬塊放入冷水後，水溫上升至30，則此金屬塊比熱為何？ 冷水共吸熱3001（3020）3000（卡）金屬塊放熱200s（10030）14000s（卡）熱量的散失可以忽略不計(jì)，吸收的熱量應(yīng)等於放出的熱量金屬的比熱為s0.214calg物質(zhì)比熱cal/g物質(zhì)比熱cal/g鋁0.215水1.000鐵0.108酒精0.582銅0.092丙酮

9、0.519銀0.056四氯化碳0.203鉛0.031水銀0.033常溫下常見物質(zhì)的比熱 cal/mol 5.8056.0265.8426.0486.417熱容量 (heat capacity)(heat capacity)物質(zhì)溫度變化難易度的物理量，稱熱容量。物質(zhì)升高1所需的熱量。熱容量 c 、物質(zhì)質(zhì)量 m、比熱 s 關(guān)係式為： c c m m s s 同義詞 水當(dāng)量 等效水質(zhì)量熱容量大的物體表示 (A) 所含質(zhì)量大 (B) 所含熱量多 (C) 比熱大 (D) 升高1所需熱量多 比熱較大的物質(zhì)，加熱時(shí)需要吸收較多熱量，才能升溫；冷卻時(shí)也必須釋放出較多的熱量，才能降溫。水的比熱較多數(shù)物質(zhì)大。因此

10、在同樣條件下，水在升溫或降溫的過(guò)程中，比一般物質(zhì)要緩慢得多。 應(yīng)用汽車引擎的冷卻系統(tǒng)以水作為散熱的媒介 發(fā)電廠常建在海邊或湖邊 地球氣候保持溫和 太陽(yáng)的曝曬下，沙灘比海水熱得快海洋性氣候溫度變化比大性氣候小物體的溫度不同時(shí)，熱量會(huì)發(fā)生傳遞 熱由高溫傳至低溫直到熱平衡（溫度相等）為止絕熱系統(tǒng)：無(wú)熱能散失時(shí) 放熱 吸熱M1S1（T2T）M2S2（TT1）TT1T2時(shí)間溫度60的熱水30克與2010公克的冷水混合後： 求熱平衡後之溫度 。 熱水 熱 卡，冷水 熱 卡。 50的熱水10克與2020公克的冷水混合，終溫25，則熱量散失 卡。一固體比熱0.5卡/克，質(zhì)量40公克、溫度20，若和20公克40

11、的水接觸，如無(wú)熱量散失，達(dá)成平衡時(shí)的溫度 。將比熱為s1與s2 的兩金屬物質(zhì)，取等質(zhì)量製成合金時(shí)，則合金的比熱為221ss A金屬與B金屬比熱分別為0.100及0.200 cal/gC，而其密度分別為2及3 g/cm3，把A、B兩金屬製成比熱為0.175 cal/gC的合金時(shí)，則所需A、B金屬的質(zhì)量比為1：3有A、B 兩物質(zhì)，比熱分別為6s、s，而熱容量則為c、2c。在絕熱的情況下，兩物質(zhì)接觸並達(dá)到熱平衡的過(guò)程中，物質(zhì)A 的溫度上升6C，則物質(zhì)B的溫度 變化為何?下降下降3 3 C CA、B、C 三個(gè)一樣的燒杯內(nèi)盛有質(zhì)量和溫度都相同的水，然後分別放入質(zhì)量相同、溫度也相同但比水溫高的鐵球、銅球、鋁球。已知鐵的比熱是0.113卡克度，銀的比熱是0.056卡克度，鋁的比熱0.217卡克度，則達(dá)到熱平衡時(shí)，哪一杯水的溫度升高最高？( C