第四節(jié)溫度和溫標(1)2015.4

第四節(jié)溫度和溫標

杯子中盛有正在熔化的0℃的冰水混合物，若將其移至0℃的房間，冰和水質(zhì)量各怎樣變化?說說其中的道理．

思考：初中階段學習的熱傳遞方向是怎樣的?若兩個接觸物體間沒有發(fā)生熱傳遞．這兩個物體一定具有怎樣的共性?閱讀本章第四節(jié)、解決下面問題：1、系統(tǒng)?狀態(tài)參量?平衡態(tài)?2、熱平衡?熱平衡定律?溫度?3、溫度計,溫標?熱力學溫度?2、狀態(tài)參量：描述物質(zhì)系統(tǒng)狀態(tài)的宏觀物理量叫做狀態(tài)參量．

物理學中，需要研究系統(tǒng)的各種性質(zhì)，包括幾何性質(zhì)、力學性質(zhì)、熱學性質(zhì)、電磁性質(zhì)等等．為了描述系統(tǒng)的狀態(tài)。需要用到一些物理量，例如：用體積描述它的幾何性質(zhì)，用壓強描述力學性質(zhì)．用溫度描述熱學性質(zhì)等等第四節(jié)溫度和溫標一、平衡態(tài)與狀態(tài)參量1、系統(tǒng)：物理學中，把所研究的對象稱為系統(tǒng)。在熱學中把所研究的由大量分子組成的物體就叫做熱力學系統(tǒng)。

系統(tǒng)以外的周圍物體稱之為外界或環(huán)境，系統(tǒng)與外界之間往往存在相互的作用．2、熱學狀態(tài)參量①幾何參量—體積（Ｖ）確定系統(tǒng)的空間范圍。②力學參量—壓強（Ｐ）確定外界與系統(tǒng)之間或系統(tǒng)內(nèi)部各部分之間的力的作用③熱學參量溫度（Ｔ）如：某氧氣瓶容積為100L，其內(nèi)氧氣在溫度為20oC時的氣壓為5atm?！鑼憻釋W系統(tǒng)狀態(tài)的物理量確定系統(tǒng)冷熱程度。3、平衡態(tài)：系統(tǒng)所有宏觀性質(zhì)不隨時間變化，即各狀態(tài)參量不再變化。這種狀態(tài)稱之為平衡態(tài)．

一個熱學系統(tǒng)，在沒有外界影響的情況下，只要經(jīng)過足夠長的時間，系統(tǒng)內(nèi)各部分的狀態(tài)參量會達到穩(wěn)定．

熱學系統(tǒng)所處的平衡態(tài)往往是一種動態(tài)的平衡，這種動態(tài)平衡性質(zhì)充分說明熱運動是物質(zhì)運動的一種特殊形式。

用來描述一個熱學系統(tǒng)的狀態(tài)。

例1．在熱學中，要描述一定氣體的宏觀狀態(tài)，需要確定下列哪些物理量(

)A．每個氣體分子的運動速率B．壓強

C．體積D．溫度

解析：描述系統(tǒng)的宏觀狀態(tài)，其參量是宏觀量，每個氣體分子的運動速率是微觀量，不是氣體的宏觀狀態(tài)參量．氣體的壓強、體積、溫度分別是從力學、幾何、熱學三個角度對氣體的性質(zhì)進行的宏觀描述，是確定氣體宏觀狀態(tài)的三個狀態(tài)參量．顯然B、C、D選項正確．

BCD二、熱平衡與溫度

1、熱平衡：如果兩個系統(tǒng)相互接觸而傳熱，它們的狀態(tài)參量將會互相影響而發(fā)生改變，經(jīng)過一段時間后，兩個系統(tǒng)的狀態(tài)參量不再變化，說明兩個系統(tǒng)已經(jīng)具有“共同性質(zhì)”—--溫度相同，此時我們說兩個系統(tǒng)達到了熱平衡．（用來描述兩個系統(tǒng)間的關(guān)系）

熱平衡概念也適用于兩個原來沒有發(fā)生過作用的系統(tǒng)．因此可以說，只要兩個系統(tǒng)在接觸時它們的狀態(tài)不發(fā)生變化，我們就說這兩個系統(tǒng)原來是處于熱平衡的．

2、熱平衡定律：如果兩個系統(tǒng)分別與第三個系統(tǒng)達到熱平衡，那么這兩個系統(tǒng)彼此之間也必定處于熱平衡，這個結(jié)論稱為熱平衡定律。又叫熱力學第零定律3、溫度兩個系統(tǒng)處于熱平衡時，它們必定具有某個“共同的熱學性質(zhì)”。表征這個“共同熱學性質(zhì)”的物理量就是溫度。（2）

系統(tǒng)達到熱平衡的宏觀標志就是溫度相同，若溫度不同即系統(tǒng)處于非平衡態(tài)，則系統(tǒng)一定存在著熱交換。

（1）溫度是決定一個系統(tǒng)與另一個系統(tǒng)是否達到熱平衡狀態(tài)的物理量，它的特征就是“一切達到熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度”這就是常用溫度計能夠用來測量溫度的基本原理．

應(yīng)用：若溫度計跟物體A處于熱平衡，它同時也跟物體B處于熱平衡，根據(jù)熱平衡定律，A的溫度便與B的溫度相等.說明

例2、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．問當經(jīng)過充分長時間后，金屬棒所處的狀態(tài)是否為熱平衡態(tài)?為什么?

解析：因金屬棒一端與0℃冰接觸，另一端與100℃水接觸，并且保持兩端冰、水的溫度不變時，金屬棒兩端溫度始終不相同，雖然金屬棒內(nèi)部溫度分布處于一種從低到高逐漸升高穩(wěn)定狀態(tài)，但其內(nèi)部總存在著沿一定方向的能量交換，所以金屬棒所處的狀態(tài)不是平衡態(tài)．

答案：否，因金屬棒各部分溫度不相同，存在能量交換．三、溫度計與溫標

1、溫標：定量描述溫度的方法叫做溫標

溫標的建立包含三個要素：①選擇溫度計中用于測量溫度的物質(zhì)，即測溫物質(zhì)；②對測溫物質(zhì)的測溫屬性隨溫度變化規(guī)律的定量關(guān)系作出某種規(guī)定；③確定溫度的零點和分度方法．（1）攝氏溫標(t)：標準大氣壓下冰的熔點為0oC標準大氣壓下水的沸點為100oC在0oC與100oC之間等分成100等份，每份算做1oC２、攝氏溫標和攝氏溫度（2）攝氏溫度：用攝氏溫標表示的溫度叫做攝氏溫度。單位是：攝氏度，“oC”2、熱力學溫度(T)．

(1)定義：熱力學溫標表示的溫度叫做熱力學溫度，它是國際單位制中七個基本物理量之一。(2)熱力學溫標:-273.15oC

為熱力學零度，(3)單位開爾文，簡稱開，符號為K．

(4)熱力學溫標與熱力學溫度T的關(guān)系：T＝t+273.15K

(5)說明①攝氏溫標的單位“℃”是溫度的常用單位，但不是國際制單位，溫度的國際制單位是開爾文，符號為K．在今后各種相關(guān)熱力學計算中，一定要牢記將溫度單位轉(zhuǎn)換為熱力學溫度即開爾文；②由T＝t+273.15K可知，物體溫度變化l℃與變化lK的變化量是等同的，但物體所處狀態(tài)為l℃與lK是相隔甚遠的；③一般情況下，

T＝t+273K?T=?t（4）熱力學溫度是國際單位制中七個基本物理量之一，

例3實際應(yīng)用中，常用到一種雙金屬溫度計．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7—4—1所示．已知左圖中雙金屬片被加熱時，其彎曲程度會增大，則下列各種相關(guān)敘述中正確的有

(

)雙金屬溫度計圖7－4－1

A．該溫度計的測溫物質(zhì)是銅、鐵兩種熱膨脹系數(shù)不同的金屬B．雙金屬溫度計是利用測溫物質(zhì)熱脹冷縮的性質(zhì)來工作的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，其雙金屬層的內(nèi)層一定為銅．外層一定為鐵ABC解析：雙金屬溫度計是利用熱膨脹系數(shù)不同的銅、鐵兩種金屬制成的雙金屬片其彎曲程度隨溫度變化的原理來工作的，A、B選項是正確的．圖7－4一