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  • 温度

    温度(temperature)是表示物体冷热程度的物理量,微观上来讲是物体分子热运动的剧烈程度。温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量,而用来量度物体温度数值的标尺叫温标。它规定了温度的读数起点(零点)和测量温度的基本单位。国际单位为热力学温标(K)。目前国际上用得较多的其他温标有华氏温标(°F)、摄氏温标(°C)和国际实用温标。从分子运动论观点看,温度是物体分子运动平均动能的标志。温度是大量分子热运动的集体表现,含有统计意义。对于个别分子来说,温度是没有意义的。根据某个可观察现象(如水银柱的膨胀),按照几种任意标度之一所测得的冷热程度。

    编辑摘要

    目录

    引证解释/温度 编辑

    1.冷热的程度。 冰心 《姑姑·分》:“你将永远是花房里的一盆小花,风雨不侵的在划一的温度之下,娇嫩的开放着。”《小说选刊》1981年第8期:“小兄弟,不能光讲风度,忘记温度,要穿厚实一些。”

    粒子对撞机粒子对撞机

    2.指热度。 老舍 《离婚》第二十:“夏天顶好不去拜访亲友,特别是胖人。可是 吴太太 必须出来寻亲问友,好像只为给人家屋里增加些温度。”

    基本概念/温度 编辑

    温度

    根据某个可观察现象(如水银柱的膨胀),按照几种任意标度之一所测得的冷热程度。温度是物体内分子间平均平动动能的一种表现形式。分子运动愈快,物体愈热,即温度愈高;分子运动愈慢,物体愈冷,即温度愈低。从分子运动论观点看,温度是物体分子运动平均平动动能的标志,温度是分子热运动的集体表现,含有统计意义。

    对于真空而言,温度就表现为环境温度,是物体在该真空环境下,物体内分子间平均动能的一种表现形式。物体在不同热源辐射下的不同真空里,物体的温度是不同的,这一现象为真空环境温度。比如,物体在离太阳较近的太空中,温度较高;物体在离太阳较远的太空中,反之,温度较低。这是太阳辐射对太空环境温度的影响。人物

    温度计矢量图温度计矢量图

    温度先生:原名温嘉铭,1979年出生于江西,凭着个人的天分和敏锐的艺术触觉在服装品牌橱窗设计及陈列道具设计等时尚行业打拼了15个年头。宅喜欢家居、宅喜欢橱窗、同行衣橱等品牌创始人兼中国首席创意执行官。《南方》杂志总策划兼任执行编辑,STCF海峡两岸纺织服装博览会总策划兼任创意设计执行。

    温度先生致力于为知名服装品牌提供橱窗营销设计、执行和咨询等最宝贵服务;温度先生提出“1个中心3个基本点8条主张为核心”的橱窗设计观点供众多服装品牌使用。

    气温

    大气层中气体的温度是气温,是气象学常用名词。它直接受日射所影响:日射越多,气温越高。中国以摄氏温标(℃)表示。气象部门所说的地面气温,就是指高地面约1.5m处百叶箱中的温度。

    地面气温的测量

    气象台站用来测量近地面空气温度的主要仪器是装有水银或酒精的玻璃管温度表。因为温度表本身吸收太阳热量的能力比空气大,在太阳光直接曝晒下指示的读数往往高于它周围空气的实际温度,所以测量近地面空气温度时,通常都把温度表放在离地约1.5m处四面通风的百叶箱里。气象部门所说的地面气温,就是指高地面约1.5m处百叶箱中的温度。

    基本介绍/温度 编辑

    温度它直接受日射所影响:日射越多,气温越高。温度的概念对于人们来说并不陌生,但通常人们只是将它作为物质的某种属性之一。温度的概念来源于人们对外界物质世界的感觉,通常表示外界物质本身属性的某种存在状态。使温度概念得以较为精确表述的是分子运动论在热学领域的建立,这样就将物质的整体存在状态化归到物质的小分子间的运动形式的整体组合中。同时,也给温度的概念赋予了新的含义。但是,这种将温度的属性化归到物质运动的本身,并没有改变人们对温度的观念。现在人们对温度的看法仍然脱离不开物质本身属性的范畴,(温度虽然在科学中得到一个确切的定义方法,但是人们日常生活中的习惯与分子的运动完全是两个世界)不仅仅是在人们的生活中,在科学中也是如此。这种现象被描述为一个物体的热势,或能量效应。当以数值表示温度时,即称之为温度度数。值得注意的是,少数几个分子甚至是一个分子构成的系统,由于缺乏统计的数量要求,是没有温度的意义的。大气层中气体的温度是气温,是气象学常用名词。

    温度在科学中的概念没有划归到物质运动最直接的形式,是因为传统物理科学体系中温度和其它物理概念间存在的逻辑关系。物理概念在整个科学体系中不是孤立的,而是是相互间存在连带关系。一种物理概念的改变,必然伴随相关科学概念间的定义存在相应的改变。科学一直是在继承性的发展,即使到今天,我们所接受的物理科学体系也是建立在前人所论证的基础上。

    和温度概念直接相关联的物理概念是能量的概念。尤其是分子运动论的建立,加剧了温度和能量间的联系。自从一个半世纪以来由于工业革命所带来的对化学能源的使用加剧,也同时加剧了化学能源和机械动力间的关系,其中温度就在这期间担当了一个非常重要的角色;即能源和动力间的转换。这一领域在一个半世纪以前就开始了,比较有名的是焦耳先生所作的证明机械能和热能间转换关系的焦耳试验。

    概念介绍/温度 编辑

    虽然温度来源于对物质温度的感觉,这起因于微观物质的运动所给与感官的作用。对于物体、气体,近代物理科学的发展已经告诉我们,这种温度的感觉来源于物质分子给与感官碰撞的作用,温度高于我们感官的物体,其给与我们热的感觉,这来源于较热的物体对外的辐射而给与外界物质的较强的相互作用。将温度的概念赋予物质运动变化的本身,是符合物质运动变化的规律的,同时,对外界物质的温度现象是吻合的。常规物理体系中,通常将温度的概念和物体分子的动能联系起来,认为物质的温度和分子的动能成正比。这样解释是很难合乎逻辑的。不可信的一种逻辑原因如下:

    首先,没有理由怀疑牛顿第三定律,即:作用力和反作用力定律,在物质相互作用过程中,作用力必然大小相等、方向相反。不同质量的分子,在同一温度下如果动能相同,则动量必然不同。如果混合在一起,经过一段时间的碰撞后,两种分子的温度我们将不好判断它们的温度。这是因为,在不同质量的分子碰撞过程中,不管分子最初的运动状态如何,混合以后,两种不同分子的运动状态将趋向于平均动量相等。这一点是由牛顿第三运动定律决定的,那么,动能相同的两种不同质量的分子,(1/2)mv2作为动能的形式,其质量大的分子其动量必然要大于质量小的分子的动量。这样两种分子混合以后,由于必须遵守作用力反作用力的规律,动能较大的分子,在两种分子混合后其动能必然增加,或者说其当量温度相对来说要高。这样我们就可以得出一个结论,可燃气体如果和质量比它大的分子混合,其燃点温度必然降低,反之,其燃点温度数值必然要增加。这样的结论似乎还没有出现,虽然两种气体分子在混合后燃点会发生变化,形成这种固定的规律似乎还没有。如果动能和温度间的关系正确,那么这种推论也应该成立。

    另一方面,如何去定义混合气体的温度与分子运动速度的关系,我们不能采用平均动能的方式去定义,这是因为,混合后的气体在碰撞一段时间以后,两种分子的平均动量会趋向于相等,质量较轻的气体分子其动能会大于质量较重的气体分子的动能,这样,根据动能和分子运动速度的关系,该如何确定它们之间的关系呢?如果将温度的概念归因于物质的运动本身,对于同一物体,一个确定的温度必然对应予一确定的物质存在状态并表现在微观物质分子运动的本身。如果运动状态采用运动来衡量的话,(为了便于说明问题,这里我采用气体来说明)那么,微观物质运动最大的区别就在于物质分子的平均速度,一个确定的温度必然对应与物质微观分子确定的平均运动速度。科学已经确定,气体分子是通过运动中不断的碰撞来实现气体分子在空间中的分布规律。如果气体的温度和气体分子的平均动能成正比,那么在碰撞过程中质量不同的分子通过碰撞后其动量交换也不同,但是碰撞动量交换的结果是两种不同的分子其平均动量趋向于相等。采用动能和温度成正比的关系不能处理这一问题。如果考虑两个分子质量不同的物体,或者一种气体分子和固体间在温度相同时的能量间的交换状态,如果气体分子的质量远大于固体分子间的质量,或者气体分子的质量远小于固体分子间的质量,那么,在温度相同时,气体和固体之间必然发生能量交换,其交换的结果是质量大的分子碰撞后其运动速度(或者震动速度)必然会降低,质量小的分子碰撞后其速度会增加,如果两种分子处于同一温度下,那么,能量就会发生定向的传递。很显然,这和日常生活中的事实不符。根据如上的分析,传统物理学中的温度定义存在很大的问题。关于这一部分内容,您可以参阅机械运动能量体系中关于此的看法。一种比较不错的定义方法是采用物质分子的动量作为能量的单位,并定义,物质的温度和分子的运动速度成正比。这样的定义方法在物质运动的变化上处理问题,是很方便的。但是,仍然要提醒一点的是,这样的定义,能量守恒和转化定律必然要被放弃。

    历史看法/温度 编辑

    焦耳

    在焦耳先生证明机械能和热能间具有确定转化关系以前,热能和机械能间的关系是完全分立的,温度和热也是不能分清的概念。甚至当时的人们将热的概念作为具有和物质相似属性的类似的东西来看待,即所谓的热质学说。这一点足可见当时人们对于温度和热之间的关系的状况。甚至在卡诺先生在建立卡诺定理的同时,在它的理论中所引用的说明这一定理的概念,对能量概念所采用的关系就是能量是一种质的关系,当然,能量守恒定律在现代科学中至今一直担当这样的角色。说明的是,卡诺先生的时代能量的概念和现今的能量的概念是不同的,热的本性所担当的脚色也是不同的。这里的区别在于:卡诺先生的时代热是以质的形式存在,而现今的热却是还原于物质的运动。其次,能量的概念也存在不同:主要表现于在物质的运动形式上,卡诺先生时代能量的概念还比较单一,能量就是使物质运动的东西。现今的能量概念,由于科学向微观物质世界的发展,尤其是场的理论以及对物质深入到基本粒子的层次,能量已经趋向于支配物质世界(或者说宇宙)物质存在状态间相互转化的数理关系,它并没有物质质的确定的存在形式。

    另一个有趣的话题是能量守恒定律的建立,这主要是焦耳时代的科学家对不同能量间的相互转化关系的确定。和温度存在直接关系的物理过程很多,比较重要的关系除了焦耳先生所证明的机械能和热能间的转换关系之外,电学中的焦耳定律、热学中的卡诺定理,甚至其概念产生于此之前的比热溶的概念,以及在此之后用于确定分子间化学能和热能之间的对应关系等,都说明了热在近代物理概念中的位置。虽然不是由于热的概念去直接推动近代科学的革命,但是没有热与精确的能量间的关系,能量守恒定律就不会确立。尽管这一热的概念存在问题。直到今天,对于热的概念,在传统的物理体系中我们除了热是物质的一种基本属性,表示物体的冷热程度,和气体分子的热能成正比之外,在科学的概念中并没有建立精确的热与物质分子运动状态的关系。首先从描述方式上,它所指明的仅是物质的某种存在状态,比如:我们对太阳的描述,太阳表面的温度在6000度左右,或者太阳内部的温度为几百万度。这样的描述,是将温度作为物质的属性描述的方式。虽然作为生活中的人们容易理解,但是对于科学来说,笼统的泛指物质的某种状态,对于描述物质的实体是不够的。

    在传统物理学中,对于温度与物质分子存在状态的关系是采用动能来定义的。温度与物质的分子的平均运动速度的平方成正比。但是,对于温度的传统计量方法,却不是采用分子的运动速度来定量的。这对于将物质的存在状态的描述归于物质的运动,这是不够的。虽然在传统物理学中存在对物质温度和物质分子运动状态的定义方法,但是在科学中我们却没有采用这一确定物质存在状态的模式,而是采用笼统的表示方法。在这种意义上来说,温度存在缺陷。对物质属性的探讨已经推进到了一个前人所无法想象到的程度,对于物质的温度已经到了绝对零度以下多少次方数量级的程度,常规的定义体系能否胜任,依赖于所采用的描述体系能否适合对物理领域的描述。

    探索发现/温度 编辑

    温度计

    在普通的日常生活中,由于生命所生存的环境是很苛刻的,人体所直接接触的物质存在模式是狭窄的。(人类所生存的环境在摄氏零下几十度到零上几十度之间。)但是不同物质存在状态又给人类带来不同物质存在状态的信息,有些我们是永远不能用人体所可以感受的,比如太阳内部。对于这种环境,我们只能根据常规的物质理论去进行推测。其中温度的概念是人类根据自己的感受所进行的感觉定义(物理简明辞典中是大概这样定义的。温度,物体冷热的程度)至少到目前为止,这种定义在属于科学的范畴中也是这样的,(这一结论是根据物理大学课本对物质存在状态的描述,指明物质的存在状态是温度多少度,而不是指明物质微观分子运动状态)比如,在关于宇宙的大爆炸理论中,一些科普读物是这样介绍的,在宇宙起点爆炸的多少秒,宇宙的温度为多少度,而不是说宇宙大爆炸的多少秒,物质的个体存在状态为多少速度/秒。温度只是人们对外界的感觉得出的概念,它并不是用于表述所有物质存在状态的描述。

    采用动能的定义,显然用于对物质温度的普适性描述是存在困难的。尤其是在人类对物质世界深入到基本粒子的层次,我们不能描述单个粒子的温度,如果它不对外存在作用。如果它对外提供相互作用,比如将它的能量(沿用传统物理学中的概念)作用于另外一个粒子,我们发现,我们不能采用温度的概念对这一物理事实进行描述,如果两个粒子的质量存在不同,粒子间的相互碰撞虽然遵守能量转化和守恒定律(常规动能能量与机械运动状态间的定义,也只对两种能量模式的定义关系),但是我们却不能处理两个粒子的温度定义问题,因为碰撞过程中,粒子间的速度会存在变化,有可能使粒子的速度成倍的提高,当然,另一个粒子的动量减少。根据动能和温度的关系,一个粒子的温度会提高几倍。这应用于可燃物质的燃点和熔点等,显然和事实不符。另一方面,人类在向低温领域进军的过程中,已经获得了很大的收获,我们现在已经进入开氏10的负7次方以下的领域。低温的应用技术方面,也正在进入一个可喜的畅想之中。但是,我们是否考虑过这样一个问题,温度的定义与我们对低温探索的主体是否适合。采用常规的定义体系是否合理。

    对温度的探索,从日常生活中对自然界物体的冷热的感觉,一直到16世纪我们采用气体和温度间的关系来对物质冷热程度进行判定,我们都毫不怀疑温度的定义具有普适性。现在,我们采用电阻、光感、半导体等等技术手段对物质的温度进行测定,温度与物质存在状态的属性已经成为非常重要的关系之一,我认为,探讨温度概念的使用范围仍然是有必要的,这不仅仅是在传统的描述体系中存在描述上的困难。现在,在实用性的方面可描述的范围进行适应性的修改,已经远远不够了。我们是否怀疑过,微观物质在物质分子震动状态的存在状态上,稍有一点微小的差别,比如;原子的震动速度,我们若采用一分子或原子在空间上的位移来计量,其空间位移10的负8次方每秒和10的负7次方每秒的差别。在温度上会有什么样的区别,并且具有什么意义。温度在对宏观的大量分子间对外相互作用的描述上,建立温度概念的描述,是很方便的,但是,对于相对于空间位移几乎静止的物质状态,去探讨温度的意义是否还有其存在的价值。

    温标分类/温度 编辑

    为了定量地进行温度的测量,首先必须确定温度的数值表示方法,然后以此为根据对温度计进行刻度。温度的数值表示法叫做温标。所谓数值表示法包括两个方面:一是确定温度数值大小的依据;二是标度方法。具体说来又包含以下三个要素:

    第一,选定测温物质及其测温属性,此属性用数值表示即某种物质的测温参量X(如铂的电阻;热电偶的温差电动势等。)

    第二,确定测温参量与温度之间的关系(在尚未确立任何温标之前,这种关系只是在一定经验的基础上作出的假定关系)。例如确定为线性关系

    t=aX+b(2.1)

    (2.1)式中的a、b需要由所取的两个标准温度点的数值确定;又如确定温度与测温参量间为正比关系

    T=aX(2.2)(2.2)

    式中的a只由一个标准温度点即可确定。

    第三,确定标准温度点并规定其数值,此即标度方法。

    以上三个要素实际包括了五个方面的内容即:测温质;测温性质(测温参量);温度与测温参量间的关系;标准温度点;标准温度点的数值。任何一种温标,在这五个方面都有确定的内容(除热力学温标不涉及测温质外),改变其中的任何一条就成为另一种温标。但是由于一种温标的名称不可能把建立该种温标的所有因素都表达出来,加上一些书籍在介绍温标的种类时没有严格按照概念划分的原则(如在每次划分时只能根据同一标准),而是把按不同标准划分的不同温标一起并列起来,这就容易使人分不清温标究竟有几种;各种温标的区别以及它们之间的联系是什么。

    现将各种温标分类介绍如下:

    按标度法

    (即三要素的第三条)不同分为:

    ①华氏温标

    由华伦海特(Fahrenheit 1686──1736荷兰)于1714年建立。他最初规定氯化铵与冰的混合物为0°F;人的体温为100°F。后来规定在标准状态下纯水与冰的混合物为32°F;水的沸点为212°F。两个标准点之间均匀划为180等分,每份为1°F。

    ②列氏温标

    由列奥缪尔(Reaumur 1685──1757法国)于1740年建立。他将水的冰点定为0°R;将酒精体积改变千分之一的温度变化为1°R。这样,水的沸点为80°R。

    ③摄氏温标

    由摄尔修斯(Celsius 1710──1744瑞典)于1742年建立。最初,他将水的冰点定为100°C;水的沸点定为0°C,后来他接受了瑞典科学家林列的建议,把两个温度点的数值对调了过来。(1960年国际计量大会对摄氏温标作了新的定义,规定它由热力学温标导出。摄氏温度(符号t)的定义为t/°C=T/K-273.15。)

    ④开氏温标

    由开尔文(Lord Kelvin 1824──1907英国)于1848年建立。1954年国际计量大会规定水的三相点的温度为273.16 K。(这个数值的规定有其历史的原因i)为了使开尔文温标每一度的温度间隔与早已建立并广为使用的摄氏标度法每一度的间隔相等;ii)按理想气体温标,通过实验并外推得出理想气体的热膨胀率为1/273.15。由此确定-273.15°C为绝对温度的零度,而冰点的绝对温度为273.15 K;iii)将标准温度点由水的冰点改为水的三相点(相差0.01°C)时,按理想气体温标确定的水的三相点的温度就确定为273.16 K。)

    按测温

    温度变送器温度变送器

    (包括测温质,测温参量X及其与温度间的关系)的不同分

    ①经验温标

    利用某一特定测温物质的某特定测温属性随温度的变化关系而确定的温标,习惯上常称为某某温度计。如水银温度计,酒精温度计,铂电阻温度计,定容氢气温度计等。

    一般说来,按同一标度法(如开氏)但用不同测温质的同一测温参量(如规定铜──康铜温差电偶其温差电动势与温度T成正比;铜—钢温差电偶其温差电动势与温度T成正比);或同一物质不同测温参量(如水银的体积与温度T成正比;水银的电阻与T成正比);或不同测温质不同测温参量(如铜—康铜开氏标度法;铂电阻开氏标度法)所建立的不同温标制成的不同的温度计,去测量同一待测系统、同一平衡态的温度时,它们的读数并不严格一致。这是因为不同物质的不同属性随温度的变化关系并不相同。因此,我们规定某一测温质的测温属性随温度变化为正比关系而建立起一种经验温标,再用按这种温标做成的温度计去测量其它测量属性随温度的变化关系,它就一般不再是正比关系了。然而我们在建立不同温标时,却又分别规定它们与温度成正比关系。这样制成的各个温度计必然会造成读数上的差别。例如用铜—康铜(开氏标度法)温度计和铂电阻(开氏标度法)温度计,同时去测氮的正常沸点,前者的读数为32 K而后者为54.5 K。这个问题,对度量衡而言是一个严重的问题。为寻求理想的标准温标(不因测温质、测温参量不同而读数出现差异)经历了由经验温标──半理论性温标──理论性温标的漫长过程。

    ②半理论性温标──理想气体温标

    理想气体温标的建立,几乎所有普通物理教材中都有详细介绍,故在此不再赘述。

    理想气体温标比起经验温标,其优点在于它与任何气体的任何特定性质无关。不论用何种气体,在外推到压强为零时,由它们所确定的温度值都一样。但是,理想气体温标毕竟还要依赖于气体的共性,对极低温度(氦气在低于1.01×10 Pa的蒸汽压下的沸点1 K以下)和高温(1000°C以上)不适用。并且,理想气体温标在具体操作上也不够便捷。

    ③理论温标──热力学温标

    我们在此也不再重述热力学温标建立的过程。众所周知,在热力学温标中,热量Q起着测温参量的作用,然而比值Q1/Q2(Q1为可逆机从高温热源吸收的热量;Q2为可逆机向低温热源放出的热量)并不依赖于任何物质的特性。因此,热力学温标与测温物质无关。

    当然,任何一种温标都必须是某种测量依据与某种标度法的结合。一般地说,任何一种标度法可以用于不同的测温质的某种测温参量。如水银摄氏温度计,酒精摄氏温度计;任何一种测温参量也可以采用不同的标度法。如理想气体开尔文温标,理想气体摄氏温标。但是以热量Q为测温参量的热力学温标,其标度法只取开氏标度法,所依据的是热力学第二定律,这是它与其它温标根本不同之点。

    (3)协议性温标

    热力学温标是不依赖任何具体测温物质及其测温属性的温标,当然是最理想的温标。但是,我们无法制造出可逆热机,因而无法测出可逆热机从高温热源吸收的热量与向低温热源放出热量之比。但是当理论上证明了,选用开尔文标度法,按热力学温标测定的温度与按理想气体温标测定的温度相同时,就可以用理想气体温标来实现热力学温标。

    但是,由于由理想气体温标测温程序繁复,极不方便快捷,并有一定的适用范围。国际计量大会曾多次开会讨论制定国际实用温标,以便能简单、方便、正确地测量温度。1927年拟定了第一个国际实用温标(ITS──27)。以后随着科学技术不断发展经1948、1960、1990年历次国际计量大会的修订,使国际实用温标日臻完善。国际实用温标的基本思想是:将温度范围分成几个区域,每个区域采用操作起来较为简便的温度计。但它们的刻度均以热力学温标逼近,即在不同的温区有不同的标准公式。这样,在温度计上的刻度不一定是均匀的,但测出的温度却尽可能接近热力学温度。协议性温标随科学技术水平的提高不断改进,以便缩小国际实用温标与热力学温标之间的差距。例如更精确地测定标准温度点的温度;修正内插公式;改进基准温度计等。

    90国际温标

    代号为ITS──90(International Temperature Scale of 1990)。其要点如下:

    ①以热力学温标为基本温标。

    ②热力学温度以符号T表示,单位为开尔文,简称为开,符号K。

    ③1 K的大小定义为水的三相点热力学温度的1/273.16。

    ④摄氏温度(符号为t)规定由热力学温度导出,其定义为t=T-273.15。摄氏温度的单位称摄氏度,符号为°C,其大小与开尔文相同。

    ⑤划分四个温度段,指定各温度段的基准温度计:

    i)0.65 K—5.0 K。在此温度段,基准温度计为He、He蒸汽压温度计。

    ii)3.0 K──24.5561 K(氖的三相点)。在此温度段,基准温度计为He、He定体气体温度计。

    iii)13.8033 K(平衡氢的三相点)──1234.93 K(银的凝固点)。在此温度段,基准温度计为铂电阻温度计。

    iv)1234.94 K以上,根据普朗克辐射定律定义。

    ITS──90定义了十七个标准温度点列于下表。

    物质状态

    温度

    T90/K t90 ,/℃
    氦在一, 大气压 ,下的沸点 3~5 -270,15~-268,15
    平衡氢的三相点 13,8033 -259,3467
    平衡氢在25/26, 标准大气压 ,下的沸点 ≈17 ≈-256,15
    平衡氢在一个标准大气压下的沸点 ≈20,3 ≈252,85
    氖三相点 24,5561 -248,5939
    氧三相点 54,3584 -218,7916
    氩三相点 83,8058 -189,3442
    汞三相点 234,3156 -38,8344
    水三相点 273,16 0,01
    镓熔点 302,9146 29,7646
    铟凝固点 429,7485 156,5985
    锡凝固点 505,078 231,928
    锌凝固点 692,677 419,527
    铝凝固点 933,473 660,323
    银凝固点 1234,93 961,78
    金凝固点 1337,33 1064,18
    铜凝固点 1357,77 1084,62

    测量/温度 编辑

    热力学第零定律

    温度温度

    如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡(温度相同),则它们彼此也必定处于热平衡。这一结论称做“热力学第零定律”。热力学第零定律的重要性在于它给出了温度的定义和温度的测量方法。定律中所说的热力学系统是指由大量分子、原子组成的物体或物体系。它为建立温度概念提供了实验基础。

    这个定律反映出处在同一热平衡状态的所有的热力学系统都具有一个共同的宏观特征,这一特征是由这些互为热平衡系统的状态所决定的一个数值相等的状态函数,这个状态函数被定义为温度。而温度相等是热平衡之必要的条件。

    接触式测温法

    温度测量仪器温度测量仪器

    接触式测温法的特点是测温元件直接与被测对象接触,两者之间进行充分的热交换,最后达到热平衡,这时感温元件的某一物理参数的量值就代表了被测对象的温度值。这种方法优点是直观可靠,缺点是感温元件影响被测温度场的分布,接触不良等都会带来测量误差,另外温度太高和腐蚀性介质对感温元件的性能和寿命会产生不利影响。

    非接触式测温法

    非接触式测温法的特点是感温元件不与被测对象相接触,而是通过辐射进行热交换,故可以避免接触式测温法的缺点,具有较高的测温上限。此外,非接触式测温法热惯性小,可达1/1000S,故便于测量运动物体的温度和快速变化的温度。由于受物体的发射率、被测对象到仪表之间的距离以及烟尘、水汽等其他的介质的影响,这种方法一般测温误差较大。

    其它测量指标

    依据温度对人体的影响不同可以再分为以下测量指标。

    干球温度

    干球温度是中国现行的评价矿井气候条件的指标之一。特点:在一定程度上直接反映出矿井气候条件的好坏。指标比较简单,使用方便。但这个指标只反映了气温对矿井气候条件的影响,而没有反映出气候条件对人体热平衡的综合作用。

    湿球温度

    湿球温度这个指标可以反映空气温度和相对湿度对人体热平衡的影响,比干球温度要合理些。但这个指标仍没有反映风速对人体热平衡的影响。

    等效温度

    等效温度定义为湿空气的焓与比热的比值。它是一个以能量为基础来评价矿井气候条件的指标。

    同感温度

    这个指标是通过实验,凭受试者对环境的感觉而得出的同感温度计算图。

    卡他度

    卡他度用卡他计测定。特点:反映了气温和风速对气候条件的影响,但没有反映空气湿度的影响。为了测出温度、湿度和风速三者的综合作用效果。

    影响/温度 编辑

    温度对自然环境的影响

    地球人类对大气的无节制排放所引起的地球整体升温,厄尔尼诺现象,地球温室效应,同时也影响着整个地球的生态平衡与人类的和谐发展。

    温度对物理性质的影响

    温度(°C)
    音速(m/s)
    空气密度(kg/m3)
    声阻抗(s/m3)
    -10
    324.9
    1.341
    436.5
    -5
    328.0
    1.316
    432.4
    0
    331.0
    1.293
    428.3
    5
    334.0
    1.269
    424.5
    10
    337.0
    1.247
    420.7
    15
    340.0
    1.225
    417.0
    20
    342.9
    1.204
    413.5
    25
    345.8
    1.184
    410.0
    30
    348.7
    1.164
    406.6

    温度对人体的影响

    高温高温

    生理学家研究认为,30℃左右是人体感觉最佳的环境温度,也是最接近人皮肤的温度。33℃——汗腺开始启动 在这种温度下工作2-3小时,人体“空调”——汗腺就开始启动,通过微微出汗散发蓄积的体温。

    35℃——散热机能立即反应 此时,浅静脉扩张,皮肤冒汗,心跳加快,血液循环加速。对个别年老体弱散热不良者,需要配合局部降温,或启动室内空调降低人体温度。

    36℃——一级警报 在这个温度中,人体通过蒸发汗水散发热量进行“自我冷却”,每天要排出汗液和钠、维生素及其他矿物质,血容量也随之减少。此时,要及时补充含盐、维生素及矿物质的饮料,以防体内电解质紊乱,同时还应启动其它降温措施。

    38℃——二级警报 气温升至38℃,人体汗腺排汗已难以确保正常体温,不仅肺部急促“喘气”以呼出热量,就连心脏也要加快速度,输出比平时多60%的血液至体表,参与散热。这时,降温措施、心脏药物保健及治疗均不可有丝毫的松懈。

    39℃——三级警报 汗腺疲于奔命地工作,此时容易出现心脏病猝发之危险。

    40℃——四级警报 高温已令人头昏眼花,此时人必须立即到阴凉地方或借助冰块等降温,有不适者需马上送医院治疗。

    41℃——五级警报 人体排汗、呼吸、血液循环……一切能参与降温的器官,在开足马力后已接近强弩之末,此时对体弱多病的患者和老年人来说,是一个“休克温度”,一定要特别小心。

    42℃——六级警报 人体已经无法呼吸,应使用冰块降温,不降温的话,会使人死亡。

    地球温度/温度 编辑

    极端温度的奇异现象

    非金属材料在低温下也能表现出磁性,这种磁体适用于制造新型计算机存储设备,绝缘设备等。但这类材料在温度超过一定限度时就会失去磁性。目前,临界温度最高的非金属磁体在-230℃左右,即使施加高压也仅能提高到-208℃。

    低温世界就像魔术师,各种物质出现奇妙变化。空气在-190℃时会变成浅蓝色液体,如果把鸡蛋放进去,它会产生浅蓝色的荧光,摔在地上会像皮球一样弹起来;鲜艳的花朵放进去,会变成玻璃一样光闪闪,轻轻的一敲发出“叮当”响,重敲竟破碎了,从鱼缸捞出一条金鱼头朝下放进液体中,金鱼再取出来就变得硬梆梆,晶莹透明,仿佛水晶玻璃制成的“工艺品”,再将这“玻璃金鱼”放回鱼缸的水中,奇怪的是金鱼竟然复活了,又摆动着轻纱一般的尾巴游了起来。

    更多特殊温度

    -170℃:生命存活的低温极限这样的温度已有最简单的微生物能够生存了。观察表明,大肠杆菌、伤寒杆菌和化脓性葡萄球菌均能在—170℃下生存。

    -140℃:液氮低温加工橡胶品

    橡胶制品是很难降解的高分子弹性材料,将它粉碎到具有广泛用途的精细胶粉十分困难。目前,国际上利用废轮胎工业化生产精细胶粉的方法主要采用液氮低温冷冻法,即将橡胶在—130℃到—140℃的温度下冷冻成玻璃化状态再加以粉碎,就能轻易获得优良的精细胶粉。

    -130℃:地球最低气温

    地球上最低气温出现在南极最高峰——文森峰,这里年平均气温-129℃,夏日平均气温-117.7℃。而地球上第一高峰珠穆朗玛峰夏日平均气温也有-45℃,南极地区的冷烈可见一斑。

    温度温度

    -110℃:酒精温度计

    温度计中红色的液体是酒精,酒精在—117℃才会凝结。因而在地球上温度最低的南极洲,酒精温度计也能用。当然温度低于—117℃时,酒精温度计也派不上用场了。

    -100℃:最冷的压缩机

    一个国外电脑玩家使用了超过4个压缩机,自制了一套可以降温到—100℃的压缩机系统,来给CPU处理器降温!

    -90℃:地球陆地最低温

    在南极的内陆,人们已经测到-88.3℃的低温。

    -80℃:SARS病毒仍可存活

    SARS病毒的一个显着特点是怕热不怕冷,即使是在-80℃它还能至少生存4天,甚至多达21天,而在56℃下SARS病毒的生存时间不超过90分钟。

    -70℃:北极最低气温

    北极地区年平均气温北极地区年平均气温在—15℃~—20℃之间,比南极年平均气温高25℃,冬季时(1月)极夜期为180天,最低气温在—70℃。低温可预防某些疾病,生活在北极的爱斯基摩人是靠吃海豹肉和海豹油为主,当地人很少有心脏病、心血管、高血压、关节炎等疾病。

    -52.3℃:中国最冷气温

    在中国有过低于-50℃的地区记录不多。中国内蒙古自治区大兴安岭的矣渡河在1922年1月16日曾观测到-50.1℃的温度,是新中国成立前气温记录中的最低值。

    新中国成立后,新疆北部的一个气象站在1960年1月20日以-50.7℃的低温首次打破了记录,接着1月21日又以-51.5℃再创全国新记录。中国最北的气象站——黑龙江省漠河气象站1968年12月27日清晨测得了—50.9℃,而在1969年2月13日漠河终于诞生了中国现有气象资料中的极端最低气温记录:—52.3℃。

    世界上最不怕冷的花,是出产在中国的雪莲,即使-50℃,也鲜花盛开。

    0℃:水的冰点

    地球表面的70%是被水复盖着的,约有14亿千立方米的水量,其中有96.5%是海水,剩下的虽是淡水,但其中一半以上是冰。所以说地球是一个水的星球,正是这样的星球才能孕育出生命,所以“水”是生命之源。有了生命就有生机活力,世界才会更精彩。

    既然水能结成冰,水也能变成气体扩散在空气中。当水在0℃时结成冰,就会失去流动性,不再是液体。所以有0℃是“水的冰点”之称。

    10℃:凉爽宜人的赤道城

    在南美洲的厄瓜多尔国的首都基多城里,赤道线恰好通过该城。不少人认为通过赤道的城市一定很热。但事实并非如此,这里不论春、夏、秋、冬,一年中月平均气温都在10℃左右,年平均温差只有4℃。是一个四季如春、凉爽宜人的赤道城。

    20℃:双孢蘑菇菌丝生长温度

    双孢蘑菇菌丝可在5℃~33℃生长,适宜生长温度20℃~25℃,最适宜生长温度22℃~24℃,高温致死温度为34℃~35℃。

    30℃:蚊子适宜生存的温度

    蚊子最喜欢的温度是30℃左右,太高了也受不了。秋天气候变冷温度降到10℃以下时,它们就会停止繁殖,不食不动进入冬眠,直到第二年春天激醒后又出来。

    40℃:人体自身的温度极限

    人属于恒温动物,一般说来不会超出35℃~42℃的范围,41℃时人体器官肝、肾、脑将发生功能障碍,连续几天42℃的高烧,足以致使成年人死命。

    50~60℃:地球现最热温度

    由于沙漠地区的云量少,日照强,又缺乏植被复盖,空气湿度小,因此白天气温上升极快,大部分时间都在30℃以上,中午最热的时候,温度能上升到50℃以上。在北非曾有高达58℃的记录(1922年9月13日的利比亚)。

    70℃:人类味觉最宜的温度

    生理和心理学家的研究表明,人们食用食品时所获得的多种多样的味道感觉,实质上是由于味道和嗅觉协同作用的结果。一些可以热喝的饮料,如咖啡,其温度在70℃时才味美可口,热牛奶和热菜的温度在70℃左右最为好喝。有些油炸类食品,比如油炸虾,温度应保持在70℃左右,虽然吃起来还有些烫,但这时的味道最美。

    100℃:水的沸点

    在一个大气压下,当水开时,它的温度是100℃而且只能保持100℃。但是人们在海拔8000多米的珠穆朗玛峰上煮鸡蛋时开水最高只有80℃,那是因为在8000多米高的地方气压低了,所以水的沸点只有也降低了。

    200℃:地下热岩发电

    英国从1987年开始进行岩浆发电实验。在英国一个温度最高的热岩地带,其在6000米深处的热岩可以把水加热到200℃,然后将200℃水的热能再转为电能。

    500℃:聚光式太阳灶

    这种太阳灶是利用抛物面形的反射镜聚光获得较高温度,直径一般为1—2米。由于能量集中,因而热效率较高,可获得500℃的高温。这种聚光式太阳灶在中国农村的一些家庭中,用来做饭、炒菜、煮饲料、烧水。

    700℃:烟头、蚊香的温度

    烟头的表面温度虽然只有250℃~300℃,烟头的中心温度一般在700℃~800℃左右,蚊香的燃烧温度也达700℃。

    800℃:火山熔岩温度

    在火山爆发时,总会喷出大量红色的火山熔岩。刚喷出时一般是液体状态,通常温度在800℃—1200℃左右,火山熔岩在流淌的过程中,不断向大气和大地表面散热,产生大量的烟雾。所以火山熔岩在冷却时凝固都是由外向里进行的。

    温度温度

    1000℃:钻石的形成

    常言道:“钻石是女士的最佳良伴”。有趣的是:钻石原来只是纯碳,而碳是仅次于氢、氦和氧的宇宙间第四种最常见的化学元素。因此,钻石的罕有并不源自其化学元素成分,而是在于它形成的方法和地点。地球上的钻石相信是在100至300公里深;温度接近1000℃的地底形成,其后因火山爆发而带至地面。单以化学成分来看,钻石和用来制造铅笔芯的石墨,其实是近亲。如果你把钻石放入高温火炉;那么最终只会化为普通的石墨。

    3000℃:玻璃碳

    玻璃碳是一种类似玻璃的碳,它兼有玻璃及碳素材料的双重性能。这种物质如果在真空或非氧化性气氛下的工作温度可达3000℃,而且耐热震性能好,可以作为熔炼高纯物质的坩埚,半导体外延炉感应加热板等,在科学上应用很广泛。

    7000℃:地热能

    地热能是由地壳抽取的天然热能、这种能量来自地球内部的熔岩,并以热力形式存在,是引致火山爆发及地震的能量。地球内部的温度高达7000℃。

    9000℃:水稻的积温

    积温是某一时段内逐日平均气温之和。中国云南西南部、广东、福建、海南和台湾等省全年积温都是在8000℃以上,而最南端的海南乐东县莺歌海至三亚沿海一带、西沙永兴岛的全年积温更达9000℃,热量资源极为丰富,适宜水稻等喜温作物生长。这些地区的水稻生长普遍两季乃至三季。

    510000000℃:人类创造的最高温度

    人类所能产生的最高温是510000000℃约比太阳的中心热30倍,该温度是美国新泽西的普林斯顿等离子物理实验室中的托卡马克核聚变反应堆利用氘和氚的等离子混合体于1994年5月27日创造出来的。

    绝对温度/温度 编辑

    绝对温标

    建立在卡诺循环基础上的理想而科学的温标,将水的冰点(0℃)取为273.15 K( K称开尔文,绝对温标的单位),绝对温标的分度与摄氏温标相同。

    绝对零度

    绝对零度,即绝对温标的开始,是温度的最低极限,相当于-273.15℃,当达到这一温度时所有的原子和分子热运动都将停止。热力学第三定律指出,绝对零度不可能通过有限的降温过程达到,所以说绝对零度是一个只能逼近而不能达到的最低温度。

    人类在1926年得到了0.71°K的低温,1933年得到了0.27°K的低温,1957年创造了0.00002°K的超低温记录。利用原子核的绝热去磁方法,人们已经得到了距绝对零度只差三千万分之一度的低温,但仍不可能得到绝对零度。

    如果真的有绝对零度,那么能不能检测到呢?有没有一种测量温度的仪器可以测到绝对零度而不会干扰受测的系统(受测的系统如果受到干扰原子就会运动,从而就不是绝对零度了)?确实,绝对零度无法测量,是依靠理论计算定义的。研究发现,当温度降低时,分子的平动就会变慢,那么根据实验数据外推得出,当降到某一温度时,分子的平动能为零,于是就给出了绝对零度的定义。

    相对论重离子对撞机创造最高温度相对论重离子对撞机创造最高温度

    虽然说,温度存在着理论下限——绝对零度,但是这并不意味着物质在绝对零度的温度状态下一切运动都停止了。从统计热力学的角度看,物质的微观运动大体上可以分为分子平动、分子转动、分子振动、电子运动和核运动等几类。在绝对零度下,描述分子整体平移的分子平动、描述分子绕质心旋转的分子转动确实已经消失,但是分子振动、电子运动和核运动存在最低量子态,是不能被温度冻结的,所以说,客观世界的静止是相对的,运动是绝对的。

    绝对最高温度

    粒子的能量是通过运动来表现的,绝对零度的意义,就是物体内所有原子都静止,不再有任何热运动

    那么,粒子运动速度越快能量越高,宏观物质的温度也越高,粒子本身是没有温度的只能通过能量来表现其温度,所以,在一定压力下,每个粒子的运动速度都接近光速,能量也趋于无限大那就是温度的极限,也就是绝对的最高温度。

    相对论重离子对撞机具有一个2.4英里长的环形隧道,两束对撞粒子分别朝两个方向运行,由装置上的线圈进行加速,科学家们在环形隧道上设定了六个点位,粒子对撞可以在这些地方发生。当金原子核发生正面对撞时,炙热、密度极高的等离子夸克和胶子便可以形成,或者更准确地说是近似于流体的物质。

    根据吉尼斯世界纪录的工作人员确认,布鲁克海文国家实验室的相对论重离子对撞机产生的高温达到了4万亿摄氏度,比太阳核心温度还高25万倍。2013年,物理学家们已经可以观察到在宇宙大爆炸短暂时间内出现的“接近完美液体”的物质形态。根据布鲁克黑文实验室的物理学家史蒂夫·维格(Steve Vigdor)介绍:“绝对零度比夸克胶子等离子体要低了非常多个数量级,我们很意外地发现相对论重离子对撞机与其他科学前沿之间的联系,物理学的统一是一个非常美丽的事件。”

    与此同时,位于欧洲核子研究中心(CERN)内还有一台被称为大型离子对撞机实验(ALICE)的研究项目,它是大型强子对撞机的五个探测器实验之一,其目的也是研究夸克胶子等离子体(QGP)以及原始宇宙中的其他空间环境条件。与大型强子对撞机不同的是,比如ATLAS探测器、紧凑渺子线圈(CMS)探测器的研究重点是寻找希格斯玻色子。因此,大型离子对撞机实验与相对论重离子对撞机之间产生了相当激烈的竞争。

    大型离子对撞机实验创造出如此超高的温度,也可以说明该超级机器的工作状况良好。欧洲核子研究中心的物理学家德斯皮纳(Despina Hatzifotiadou)认为大型离子对撞机实验的能量密度是大型离子对撞机的三倍,可为超级机器中的绝对温度转化提升30%,因此大型离子对撞机也拥有较强的对撞研究能力。大型离子对撞机的科学家还未发布正式的温度测量结果,所以至少到2013年为止,相对论重离子对撞机仍然是获胜的。

    相关影响/温度 编辑

    温度

    物质温度的定义在常规科学中已经根深蒂固,常规的理论中已经将温度的定义确定在整个物理体系中。更改温度的定义会存在相关科学的结构方法存在变化。

    首先影响最大的是物理本身,这将结束常规物质的一种基本属性,我们将不能采用温度定义的方法对科学一些特定的领域进行描述,比如,描述太阳的温度,我们不能用这样的语言来描述:太阳核心的温度是多少度。再比如对宇宙大爆炸初期的描述,宇宙大爆炸几秒后,温度达到多少多少。不能描述没有物质存在的空间的温度,同样也不能描述孤立粒子的温度。而换之的是对物质存在状态的描述。

    影响其次的是化学,我们知道,由于传统的能量定义体系,化学和物理是分开的两个科学体系,化学的描述方法仅用于不同化学物质间的转化,即使现今的量子论,对化学的描述仍然是分开的两个科学系统。从逻辑上来说,不论是化学,还是物理,所描述的对象是统一同一的物质,我们没有理由确定两个科学体系的方法是决然不同的,物理应该包含化学,换句话说,采用物理的方法同样适用于化学的描述,如;解释化学反应过程,解释不同化学物质间的属性。从物理的角度解释化学结构规律。

    虽然从量子论诞生的那一天开始,量子论的开创者们就已经开始对量子论扩展到化学的领域做了非常出色的工作,比如轨道理论、不相容原理等用于解释化学的规律,但是由于能量的结构体系是采用能量守恒和转化定律的形式,从而对物质运动变化的关系建立等量关系,这样,就忽略了物质运动变化间真实的相互作用规律,量子论的统一,在物质运动变化的道理上来说,即:物理上来说,不是真实的物理关系,而是赋予物质运动变化间数理的逻辑关系。量子论所探讨的不是物质运动变化的本身,而是纯粹的物理理论与实践的数量关系的对应,站在这样的角度,量子论不能解决微观物质间的真实。沿着现代物理科学的方向,我们很难看到下一步物理科学进一步向前发展的前景,虽然现代物理科学已经获得了非常巨大的成就。温度的概念回归与物质的本身,会建立物质间真实的相互作用途径,在这个意义上来说,化学将属于物理的一部分,虽然我们还没有看到采用何种方法去解释化学的规律,也许元素周期律将是物理中的一个重大问题。Oakley Sunglasses

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