《温度和温标》课件1(1)

1 一、状态参量与平衡态 一、状态参量与平衡态 例 1 在 热 学 中 ， 要 描 述 一 定 气 体 的 宏 观状 态 ， 需 要 确 定 下 列 哪 些 物 理 量 ( ) A 每 个 气 体 分 子 的 运 动 速 率 B 压 强 C 体 积 D 温 度 解 析 ： 描 述 系 统 的 宏 观 状 态 ， 其 参 量 是 宏观 量 ， 每 个 气 体 分 子 的 运 动 速 率 是 微 观 量 ， 不是 气 体 的 宏 观 状 态 参 量 气 体 的 压 强 、 体 积 、温 度 分 别 是 从 力 学 、 几 何 、 热 学 三 个 角 度 对 气体 的 性 质 进 行 的 宏 观 描 述 ， 是 确 定 气 体 宏 观 状态 的 三 个 状 态 参 量 显 然 B、 C、 D选 项 正 确 BCD 平衡态和状态参量 二、热平衡与温度 三、温度与温标 例 2、 一 金 属 棒 的 一 端 与 0 冰 接 触 ， 另 一端 与 100 水 接 触 ， 并 且 保 持 两 端 冰 、 水 的 温 度不 变 问 当 经 过 充 分 长 时 间 后 ， 金 属 棒 所 处 的 状态 是 否 为 热 平 衡 态 ?为 什 么 ? 解 析 ： 因 金 属 棒 一 端 与 0 冰 接 触 ， 另 一 端 与100 水 接 触 ， 并 且 保 持 两 端 冰 、 水 的 温 度 不 变时 ， 金 属 棒 两 端 温 度 始 终 不 相 同 ， 虽 然 金 属 棒 内部 温 度 分 布 处 于 一 种 从 低 到 高 逐 渐 升 高 稳 定 状 态 ，但 其 内 部 总 存 在 着 沿 一 定 方 向 的 能 量 交 换 ， 所 以金 属 棒 所 处 的 状 态 不 是 平 衡 态 答 案 ： 否 ， 因 金 属 棒 各 部 分 温 度 不 相 同 ， 存在 能 量 交 换 热平衡与温度 华氏温标在欧美使用非常普遍，摄氏温标在亚洲使用较多，科学研究中多使用绝对温标。 例 3实 际 应 用 中 ， 常 用 到 一 种 双 金 属 温 度 计 它 是 利用 铜 片 与 铁 片 铆 合 在 一 起 的 双 金 属 片 的 弯 曲 程 度 随 温 度变 化 的 原 理 制 成 的 ， 如 图 741所 示 已 知 左 图 中 双金 属 片 被 加 热 时 ， 其 弯 曲 程 度 会 增 大 ， 则 下 列 各 种 相 关叙 述 中 正 确 的 有 ( ) 双 金 属 温 度 计图 7 4 1 A 该 温 度 计 的 测 温 物 质 是 铜 、 铁 两 种 热 膨 胀 系 数 不 同 的 金 属B 双 金 属 温 度 计 是 利 用 测 温 物 质 热 胀 冷 缩 的 性 质 来 工 作 的C 由 左 图 可 知 ， 铜 的 热 膨 胀 系 数 大 于 铁 的 热 膨 胀 系 数D 由 右 图 可 知 ， 其 双 金 属 征 的 内 层 一 定 为 铜 外 层 一 定 为 铁ABC 随堂练习 解 析 ： 双 金 属 温 度 计 是 利 用 热 膨 胀 系 数 不 同 的铜 、 铁 两 种 金 属 制 成 的 双 金 属 片 其 弯 曲 程 度 随 温度 变 化 的 原 理 来 工 作 的 ， A、 B选 项 是 正 确的 图 7 4一 l左 图 中 加 热 时 ， 双 金 属 片 弯 曲程 度 增 大 ， 即 进 一 步 向 上 弯 曲 ， 说 明 双 金 属 片 下层 热 膨 胀 系 数 较 大 ， 即 铜 的 热 膨 胀 系 数 较 大 ， C选 项 正 确 图 741右 图 中 ， 温 度 计 示 数 是 顺时 针 方 向 增 大 ， 说 明 当 温 度 升 高 时 温 度 计 指 针 顺时 针 方 向 转 动 ， 则 其 双 金 属 片 的 弯 曲 程 度 在 增 大 ，故 可 以 推 知 双 金 属 片 的 内 层 一 定 是 铁 ， 外 层 一 定是 铜 ， D选 项 是 错 误 的 摄 氏 温 标 是 瑞 典 人 摄 尔 修 斯 （ A.Celsius，1701 1744） 在 1742年 首 先 提 出 的 一 种 经 验 温 标 ，过 去 曾 被 广 泛 使 用 。 摄 氏 温 标 以 水 沸 点（ 101?325Pa压 力 下 水 和 水 蒸 气 之 间 的 平 衡 温 度 ）为 100度 和 冰 点 （ 101?325Pa压 力 下 冰 和 被 空 气 饱和 的 水 之 间 的 平 衡 温 度 ） 为 0度 作 为 温 标 的 两 个固 定 点 。 摄 氏 温 标 采 用 玻 璃 汞 温 度 计 作 为 内 插 仪器 ， 假 定 温 度 和 汞 柱 的 高 度 成 正 比 ， 即 把 水 沸 点与 冰 点 之 间 的 汞 柱 的 高 度 差 等 分 为 100格 ， 1格 对应 于 1度 。摄氏温标 1954年 第 10届 国 际 计 量 大 会 （ CGPM） 决 定 采 用 水三 相 点 一 个 固 定 点 来 定 义 温 度 的 单 位 ， 冰 点 已 不再 是 温 标 的 定 义 固 定 点 了 。 1967年 第 13届 国 际 计量 大 会 决 议 定 义 ： 温 度 单 位 开 尔 文 是 水 三 相 点 热力 学 温 度 的 1/273.16。 1988年 第 18届 国 际 计 量 大会 及 第 77届 国 际 计 量 委 员 会 （ CIPM） 决 议 ， 自1990年 始 采 用 “ 1990年 国 际 温 标 （ 简 称 ITS-90） ” 。 ITS-90定 义 的 温 度 单 位 更 精 确 ， 更 容 易复 现 。 我 国 自 1994年 始 全 面 采 用 这 一 标 准 。国际温标 温 度 的 单 位 有 了 新 的 、 更 加 精 确 和 科 学 的 定 义 以后 ， 考 虑 到 人 们 长 期 以 来 的 使 用 习 惯 ， 仍 然 保 留摄 氏 温 度 这 一 名 词 ， 但 它 有 了 新 的 意 义 。 某 一 热状 态 的 摄 氏 温 度 ， 就 是 用 它 与 一 特 定 的 热 状 态（ 比 水 三 相 点 温 度 低 0.01?K的 热 状 态 ， 即 0摄 氏 度 ）之 间 的 温 度 差 所 表 示 的 温 度 。 这 个 温 度 差 要 用 开尔 文 温 度 来 表 示 。 它 的 单 位 称 为 摄 氏 度 ， 符 号 为 。 因 此 ， 摄 氏 温 度 是 从 开 尔 文 温 度 导 出 的 ， 是以 0摄 氏 度 作 为 计 算 起 点 的 温 度 。 摄 氏 温 度 和 开 尔文 温 度 相 差 一 个 常 数 ， 彼 此 可 以 互 相 换 算 ： t/ T/K 273.15。 由 此 ， 摄 氏 温 度 有 了 新 的 定 义 。在 数 值 上 ， 它 与 过 去 人 们 习 惯 使 用 的 摄 氏 温 标 温度 很 相 近 ， 但 不 相 等 ， 与 摄 氏 温 标 的 原 定 义 无 关 。 1714年 ,荷 兰 华 伦 海 特 (G D Fahrenheit)最 初所 制 的 水 银 温 度 计 是 在 北 爱 尔 兰 最 冷 的 某 个 冬 日 ，水 银 柱 降 到 最 低 的 高 度 定 为 零 度 ； 把 他 妻 子 的 体温 定 为 100度 ， 然 后 再 把 这 段 区 间 的 长 度 均 分 为100份 ， 每 一 份 叫 1度 。 这 就 是 最 初 的 华 氏 温 标 。显 然 ， 认 定 气 温 和 人 的 体 温 作 为 测 温 质 的 标 准 点并 在 此 基 础 上 分 度 是 不 妥 当 的 。 健 康 人 的 体 温 在一 天 之 中 经 常 波 动 ， 而 且 他 妻 子 如 果 感 冒 发 烧 了怎 么 办 ？华氏温标 后 来 ， 华 伦 海 特 改 进 了 他 创 立 的 温 标 ， 把 冰 、 水 、氯 化 铵 和 氯 化 钠 的 混 合 物 的 熔 点 定 为 零 度 ， 以0 F表 示 之 ， 把 冰 的 熔 点 定 为 32 F， 把 水 的 沸点 定 为 212 F， 在 32 212的 间 隔 内 均 分 180等 分 ，这 样 ， 参 考 点 就 有 了 较 为 准 确 的 客 观 依 据 。 这 就是 现 在 仍 在 许 多 国 家 使 用 的 华 氏 温 标 ， 华 氏 温 标确 定 之 后 ， 就 有 了 华 氏 温 度 (指 示 数 )。