温度基础知识

温度基础知识第1页，共23页，2023年，2月20日，星期六内容目录第一部分基本概念第二部分温标的发展第三部分温度计的分类与特点第2页，共23页，2023年，2月20日，星期六一、基本概念1、温度温度是表示物体冷热程度的物理量。温度是决定一系统是否与其它系统处于热平衡的物理量，一切互为热平衡的物体都具有相同的温度。温度与分子平衡动能相联系，它标志着物体内部分子无规则运动的剧烈程度。

第3页，共23页，2023年，2月20日，星期六◆温度虽然与我们日常生活息息相关，但从古至今好长一段时间，没有人知道什么是“温度”，人们却把它和“热量”混淆起来。

◆真正温度的概念诞生也是人们清楚地区分这两个概念。

◆现在人们从宏观和微观两个方面对温度进行了详细解释。

第4页，共23页，2023年，2月20日，星期六1.1宏观解释

◆热力学第零定律解释为：如果两个系统中每一个系统都与第三个系统处于热平衡，则它们彼此也必定处于热平衡。

◆在描述平衡系统热状态的热力学参量中，其中一个参量具有特殊的性质，即它在相互处于热平衡的不同系统中具有相同的值，这个参量称为“温度”。

◆一切互为热平衡的系统都有相同的温度。

◆温度是表示物体冷热程度的物理量。

◆它是一个强度量，而且是一个与广延量无关的强度量。第5页，共23页，2023年，2月20日，星期六1.2微观解释

理想气体分子模型：

a、分子本身的大小比起它们之间的平均距离可忽略不计；

b、除了短暂的碰撞过程外，分子间的相互作用可忽略；

c、分子间的碰撞是完全弹性的。

第6页，共23页，2023年，2月20日，星期六◆当两理想气体分子（质量为M和m，速度为V和v）相互碰撞时，我们得到分子之间的动能转移量：

△ε∝

若M类分子平均动能大于m类分子，△ε>0，动能由前者传给后者；

若M类分子平均动能小于m类分子，△ε<0，动能由后者传给前者；

若M类分子平均动能等于m类分子，△ε=0，动能交换为0，即两类分子达到热平衡。

第7页，共23页，2023年，2月20日，星期六◆热量即热运动的能量，△ε的正负决定了热量传递的方向。按照热力学第零定律，分子的平均动能在宏观上具有温度的特征。分子的平均动能正比于热力学温度

ε=T为热力学温度，K为比例常数。由此，从微观上看，温度表征着分子热运动的平均动能。标志着物质分子热运动的剧烈程度，温度越高，分子热运动越剧烈。=KT第8页，共23页，2023年，2月20日，星期六2、热平衡

热平衡是两个均匀系之间的热交换的平衡，也是动态平衡。热交换是能量传递的一种方式。

3、热力学温标

以热力学第二定律为基础制定的温标称为热力学温标。

根据卡诺定理的推论可知，工作于两个恒定热源之间的一切可逆卡诺热机的效率与工作介质无关，只与这两个热源的温度有关，这样定义的温标称为热力学温标。

第9页，共23页，2023年，2月20日，星期六★热力学第二定律：

克劳修斯说法（1850年）：不可能把热从低温物体传至高温物体而不引起其它变化；

开尔文说法（1851年）：不可能从单一热源取热使之完全变为有用功而不产生其它影响。

第10页，共23页，2023年，2月20日，星期六4、温标衡量温度高低的标尺，它是描述温度数值的统一表示方法（或定义方法）。★明确了温度的单位、温度定义固定点的数值，内插仪器和内插公式。★我国目前采用的温标是1990年国际温标，代号为ITS-90，简称90温标。★它具有通用性和准确性，保证在不同地区或不同场合下测量相同的温度具有相同的量值。★准确测量温度，必须具备三个条件：合适的测温物质；稳定的固定点；合理的分度方法。第11页，共23页，2023年，2月20日，星期六5、三相点、水三相点

三相点：一个由单一的物质（纯物质）组成的体系，当其三相（三种状态）共存处于平衡时，这个体系将有确定的温度和压力，称此状态为三相点。水三相点：指水、冰、汽三相平衡共存时的状态，水三相点的温度值为273.16K,压力值为609.14Pa。第12页，共23页，2023年，2月20日，星期六

建立温标的过程是十分曲折的，温标的发展先后经历了华氏温标、摄氏温标、标准氢温标、理想气体温标、热力学温标、ITS-27温标、ITS-48温标、ITS-68温标、ITS-76温标、ITS-90温标等。

二、温标的发展第13页，共23页，2023年，2月20日，星期六

18世纪时，人们只能依据测温工质的某一特性随温度变化的关系来制定温标，这种温标通常称为经验温标。例如，摄氏温标和华氏温标都依附于测温工质（水银）的性质。但工质的纯度及其膨胀系数等都会影响温标分度的准确性。1848年，开尔文根据卡诺循环原理提出了热力学温标。根据卡诺定理，用上述方法确定的温度就避免了经验温标依附于测温工质性质所产生的随意性。现在采用的摄氏温标和华氏温标，实际上都已根据热力学温标赋予了新的概念，不再是以往的经验温标了。第14页，共23页，2023年，2月20日，星期六

因为卡诺循环是不能实现的，所以热力学温标只是一种理论温标。为了找到一种既符合热力学温标，又简便实用的温标，各国科学家经过努力，于20世纪20年代建立起一种与热力学温标相近的、复现准确度高、使用简便的实用温标，这就是国际实用温标。自国际实用温标建立起来，经过多次修订，在逼近热力学温标方面已有了很大的提高。随着科学技术的不断发展，国际实用温标还将继续完善，以求最大限度地逼近热力学温标。第15页，共23页，2023年，2月20日，星期六

目前国际通用的温标是1975年第15届国际权度大会通过的《1968年国际实用温标-1975年修订版》，记为IPTS-68（Rev-75）。但由于IPTS-68温标存在一定的不足，国际计量委员会在18届国际计量大会第七号决议授权予1986年会议通过了1990年国际温标ITS-90，ITS-90温标替代IPTS-68。我国自1994年1月1日起全面实施ITS-90国际温标。第16页，共23页，2023年，2月20日，星期六

固定点温标：ITS-27温标、ITS-48温标、ITS-68温标、ITS-76温标、ITS-90温标等。历次温标固定点的演化：固定点从不稳定（沸点等）转变成稳定点（三相点）固定点的准确度逐步提高（与热力学温度比）固定点的数量不断增加温度上下限不断延伸第17页，共23页，2023年，2月20日，星期六温标起源和经验温标1）华氏温标◆第一个温标是德国科学家华伦海特1724年创建的。◆温度计：精密纯水银温度计。◆分度：结冰的盐水混合物温度和人体血液的温度为固定点，其间隔分为96°，并使用了第三个固定点，冰水混合物为32°。后来又把水沸点定为212°。◆单位“华氏度”，即作℉。◆这套测温体系就是著名的华氏温度。第18页，共23页，2023年，2月20日，星期六2）摄氏温标◆摄氏温标是瑞典天文学家摄氏修斯1742年建立的。◆单位“摄氏度”，即作℃，◆分度：冰点定为100度，沸点定为0度，后来他的同事斯特雷默（M.stromer）建议倒过来，把水的冰点定为0度，沸点定为100度。⊙华氏温标和摄氏温标的测温物质、固定点和分度方法都是任意选定的，并且温标三要素都与物质的选择有关，一般称为经验温标第19页，共23页，2023年，2月20日，星期六3、ITS-90温标

我国目前采用的温标是1990年国际温标，代号为ITS-90,简称90温标。温度单位：1990国际温标（ITS-90）,该温标中规定了热力学温度是基本温度，符号为T，其单位为开尔文，符号为K。开尔文等于水三相点的热力学温度1/273.16。同时还可以使用摄氏温度，以符号t表示（t90）。第20页，共23页，2023年，2月20日，星期六摄氏温度的分度值与热力学温度的分度值相同，即1℃=1K。国际实用温标刻度的划分以水三相点的热力学温度（T=273.16K=0.01℃）为定义固定点（起始点），也就是把从绝对零度到水三相点之间的温度分为273.16份，每一份叫做1K（以绝对零度为起点）。摄氏温度t与热力学温度T之间的数值关系为：t=T-273.15。第21页，共23页，2023年，2月20日，星期六

温度计分为接触式与非接触式温度计两大类，前者感温元件与被测介质直接接触，后者感温元件不与被测介质接触。三、温度计的分类与特点第22页，共23页，2023年，2月20日，星期六种类温度表测温原理优点缺点测温范围（℃）接触式温度表玻璃管液体温度计利用液体体积随温度变化的性质结构简单、准确度高、价格便宜容易破损、读数不便、信号不能远传-80～600压力式温度表利用定容气体或液体压力随温度变化的性质结构简单可靠、信号能远传准确度低，受环境温度影响大-100～600双金属温度表利用固体热膨胀变形量随温度变化的性质结构简单可靠准确度低，信号不能远传-80～600热电偶温度表利用金属导体的热电效应测量范围宽、准确度高、信号能远传冷端温度需要补偿、测低温准确度较低-200～1