4　溫度和溫標(biāo) (3)

1、授課人：李鑫瑩7.4 溫度和溫標(biāo)研究物理問(wèn)題研究對(duì)象一個(gè)物體多個(gè)物體系統(tǒng)研究的問(wèn)題不同選取的系統(tǒng)常不同熱學(xué)研究對(duì)象系統(tǒng)以外的物質(zhì)統(tǒng)稱為外界或環(huán)境熱力學(xué)系 統(tǒng)如氣體、液 體、固體等大量分子組成的物體或物體系統(tǒng)一般說(shuō)來(lái)熱力學(xué)系統(tǒng)，要研究以下幾個(gè)的性質(zhì)： 描述系統(tǒng)在電、磁場(chǎng)作用下的性 質(zhì)，如電場(chǎng)強(qiáng)度，磁感應(yīng)強(qiáng)度等。 幾何性質(zhì)描述系統(tǒng)的大小、形狀、體積等。力學(xué)性質(zhì)描述系統(tǒng)的壓強(qiáng)、應(yīng)力、表面張力等。熱學(xué)性質(zhì)描述系統(tǒng)溫度。電磁性質(zhì)狀態(tài)參量 某氧氣瓶容積為100L，其內(nèi)氧氣在溫度為20oC時(shí)的氣壓為5atm。描寫系統(tǒng)狀態(tài)的物理量 如：一輛汽車經(jīng)過(guò)二中門口時(shí)的速度為10m/s，加速度為1m/s2。 對(duì)于一個(gè)封

2、閉系統(tǒng)，在經(jīng)過(guò)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間后，系統(tǒng)整體的宏觀性質(zhì)將不隨時(shí)間而變化、且具有確定的狀態(tài)平衡狀態(tài)，簡(jiǎn)稱平衡態(tài)。特點(diǎn)：系統(tǒng)的所有性質(zhì)都不隨時(shí)間變化0oC2atm5atm60oC絕熱 冷空氣注意：平衡態(tài)是一種理想情況，因?yàn)槿魏蜗到y(tǒng)完全不受外界影響是不可能的。類似于化學(xué)平衡，熱力學(xué)系統(tǒng)達(dá)到的平衡態(tài)也是一種動(dòng)態(tài)平衡。系統(tǒng)內(nèi)部沒(méi)有物質(zhì)流動(dòng)和能量流動(dòng)。處于平衡態(tài)的系統(tǒng)各處溫度相等，但溫度各處相等的系統(tǒng)未必處于平衡態(tài)。熱水熱水 溫空氣熱水溫水非平衡態(tài)平衡態(tài)k10oC5atm50oC6atm絕熱力學(xué)平衡具有一種相同的力學(xué)性質(zhì)壓強(qiáng)+-靜電平衡具有一種相同的電學(xué)性質(zhì)電勢(shì)10OC200OC絕熱熱平衡具有一種相同的熱學(xué)性質(zhì)

3、溫度系統(tǒng)間的相互作用特征溫度相等ABABAB若兩帶電體相連后，其帶電狀態(tài)不發(fā)生變化。說(shuō)明兩帶電體原來(lái)就已經(jīng)處于相同的電平衡狀態(tài)。（具有相等的電勢(shì)）若兩個(gè)系統(tǒng)接觸后，它們的熱學(xué)狀態(tài)不發(fā)生變化。說(shuō)明兩個(gè)系統(tǒng)原來(lái)就已經(jīng)處于相同的熱平衡狀態(tài)。（具有相等的溫度）ACBCAB若兩個(gè)系統(tǒng)分別與第三個(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，那么這兩個(gè)系統(tǒng)彼此之間也必定處于熱平衡。熱平衡定律(熱力學(xué)第零定律) 若兩個(gè)系統(tǒng)分別與第三個(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，那么這兩個(gè)系統(tǒng)彼此之間也必定處于熱平衡。熱平衡定律(熱力學(xué)第零定律)溫度計(jì)與溫標(biāo)溫標(biāo)溫度的數(shù)值表示法 建立一種溫標(biāo)的三要素： 選擇某種物質(zhì)（叫做測(cè)溫物質(zhì)）的某一隨溫度 變化的屬性（叫做測(cè)溫屬

4、性）來(lái)標(biāo)志溫度； 選定固定點(diǎn)（規(guī)定零點(diǎn)）； 對(duì)測(cè)溫屬性隨溫度的變化關(guān)系作出規(guī)定（即規(guī) 定分度的方法）。 水銀溫度計(jì)水銀的熱膨脹電阻溫度計(jì)金屬電阻隨溫度變化氣體溫度計(jì)氣體壓強(qiáng)隨溫度變化熱電偶溫度計(jì)不同導(dǎo)體因溫差產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的大小三、溫度計(jì)與溫標(biāo) 建立一種溫標(biāo)的三要素：首先要確定物質(zhì)其次，確定該測(cè)溫物質(zhì)隨溫度變化物理量第三，選定參考點(diǎn)（即規(guī)定分度的方法）。 攝氏溫標(biāo)：標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的熔點(diǎn)為0oC標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的沸點(diǎn)為100oC在0oC與100oC之間等分成100等份，每份算做1oC熱力學(xué)溫標(biāo)：熱力學(xué)溫度是國(guó)際單位制中七個(gè)基本物理量之一，用符號(hào)T表示，單位是開爾文，簡(jiǎn)稱開，符號(hào)為K。開氏溫度T與攝氏溫

5、度t的關(guān)系是：T = t + 273.15 KT = t注意: 攝氏溫標(biāo)的單位“”是溫度的常用單位，但不是國(guó)際制單位，溫度的國(guó)際制單位是開爾文，符號(hào)為K在今后各種相關(guān)熱力學(xué)計(jì)算中，一定要牢記將溫度單位轉(zhuǎn)換為熱力學(xué)溫度即開爾文； 由Tt+273.15 K可知，物體溫度變化l與變化l K的變化量是等同的，但物體所處狀態(tài)為l與l K是相隔甚遠(yuǎn)的；兩個(gè)物體放在一起彼此接觸，它們?nèi)舨话l(fā)生熱傳遞，其原因是( )A它們的能量相同B它們的比熱相同C它們的熱量相同D它們的溫度相同D下列關(guān)于熱力學(xué)溫度的說(shuō)法中，正確的是( ) A熱力學(xué)溫度的零點(diǎn)是273.15 B-1360C比136K溫度高 C0oC等于273.1

6、5K D1就是1K E升高1oC就是升高274KABC在25左右的室內(nèi)，將一只溫度計(jì)從酒精中拿出，觀察它的示數(shù)變化情況是（ ）A溫度計(jì)示數(shù)上升B溫度計(jì)示數(shù)下降C溫度計(jì)示數(shù)不變D示數(shù)先下降后上升D 例3、實(shí)際應(yīng)用中，常用到一種雙金屬溫度計(jì)它是利用銅片與鐵片鉚合在一起的雙金屬片的彎曲程度隨溫度變化的原理制成的，如圖所示已知左圖中雙金屬片被加熱時(shí)，其彎曲程度會(huì)增大，則下列各種相關(guān)敘述中正確的有 ( )A該溫度計(jì)的測(cè)溫物質(zhì)是銅、鐵兩種熱膨脹系數(shù)不同的金屬B雙金屬溫度計(jì)是利用測(cè)溫物質(zhì)熱脹冷縮的性質(zhì)來(lái)工作的C由左圖可知，銅的熱膨脹系數(shù)大于鐵的熱膨脹系數(shù)D由右圖可知，其雙金屬征的內(nèi)層一定為銅外層一定為鐵AB

7、C 固一支玻璃管一端與一個(gè)雞蛋大小的玻璃泡相連，另一端豎直插在水槽中，并使玻璃管內(nèi)吸入一段水柱。當(dāng)氣溫變化時(shí)，玻璃泡中氣體壓強(qiáng)會(huì)隨著變化，從而使玻璃管內(nèi)水柱高度發(fā)生變化。根據(jù)管內(nèi)水柱高度的變化就可測(cè)出相應(yīng)的溫度。說(shuō)明“伽利略溫度計(jì)”的測(cè)溫物質(zhì)和測(cè)溫屬性。在25左右的室內(nèi)，將一只溫度計(jì)從酒精中拿出，觀察它的示數(shù)變化情況是（ ）A溫度計(jì)示數(shù)上升B溫度計(jì)示數(shù)下降C溫度計(jì)示數(shù)不變D示數(shù)先下降后上升D 例1、一金屬棒的一端與0冰接觸，另一端與100水接觸，并且保持兩端冰、水的溫度不變問(wèn)當(dāng)經(jīng)過(guò)充分長(zhǎng)時(shí)間后，金屬棒所處的狀態(tài)是否為熱平衡態(tài)?為什么? 答案：否，因金屬棒各部分溫度不相同，存在能量交換金屬棒0度

8、恒溫100度恒溫3、平衡態(tài)：沒(méi)有外界影響的情況下，系統(tǒng)中各部分的狀態(tài)參量都達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)。平衡態(tài)：系統(tǒng)內(nèi)部沒(méi)有物質(zhì)流動(dòng)和能量流動(dòng)。華氏溫標(biāo)華倫海特(GDFahrenheit)最初所制的水銀溫度計(jì)是在北愛爾蘭最冷的某個(gè)冬日，水銀柱降到最低的高度定為零度；把他妻子的體溫定為100度，然后再把這段區(qū)間的長(zhǎng)度均分為100份，每一份叫1度。這就是最初的華氏溫標(biāo)。顯然，認(rèn)定氣溫和人的體溫作為測(cè)溫質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)并在此基礎(chǔ)上分度是不妥當(dāng)?shù)?。健康人的體溫在一天之中經(jīng)常波動(dòng)，而且他妻子如果感冒發(fā)燒了怎么辦？后來(lái)，華倫海特改進(jìn)了他創(chuàng)立的溫標(biāo)，把冰、水、氯化銨和氯化鈉的混合物的熔點(diǎn)定為零度，以0F表示之，把冰的熔點(diǎn)定為3

9、2F，把水的沸點(diǎn)定為212F，在32212的間隔內(nèi)均分180等分，這樣，參考點(diǎn)就有了較為準(zhǔn)確的客觀依據(jù)。這就是現(xiàn)在仍在許多國(guó)家使用的華氏溫標(biāo)1，華氏溫標(biāo)確定之后，就有了華氏溫度(指示數(shù))。攝氏溫標(biāo)后來(lái)攝耳修司( ACelsiua)也用水銀作測(cè)溫質(zhì)，以冰的熔點(diǎn)為零度(標(biāo)以0)，以水的沸點(diǎn)為100度(標(biāo)以100)。他認(rèn)定水銀柱的長(zhǎng)度隨溫度作線性變化，在0度和100度之間均分成100等份，每一份也就是每一個(gè)單位叫1攝氏度。這種規(guī)定辦法就叫攝氏溫標(biāo)。統(tǒng)一的熱力學(xué)溫標(biāo)為了結(jié)束溫標(biāo)上的混亂局面，開爾文(即W湯姆遜)這位熱力學(xué)第二定律的創(chuàng)始人，最受尊敬的物理學(xué)家，創(chuàng)立了一種不依賴任何測(cè)溫質(zhì)(當(dāng)然也就不依賴任何測(cè)溫質(zhì)的任何物理性質(zhì))