7.4 温度和温标
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第七章 分子动理论
第四节 温度和温标
杯子中盛有正在熔化的0℃的冰水 混合物，若将其移至0℃的房间，冰和 水质量各怎样变化?说说其中的道理．
思考：初中阶段学习的热传递方 向是怎样的?若两个接触物体间没有 发生热传递．这两个物体一定具有怎 样的共性?
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一、平衡态与状态参量
1、系统：物理学中，把所研究的对象称为 系统．
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．
二、热平衡与温度
1、热平衡：两个系统之间没有隔热材料，它们 相互接触，或者通过导热性能很好的材料接触， 这两个系统的状态参量将会互相影响而分别改 变．最后，两个系统的状态参量不再变化，说明 两个系统已经具有了某个“共同性质”，此时我 们说两个系统达到了热平衡． 热平衡概念也适用于两个原来没有发生过 作用的系统．因此可以说，只要两个系统在接 触时它们的状态不发生变化，我们就说这两个 系统原来是处于热平衡的．
若温度计跟物体A处于热平衡，它同时也跟物 体B处于热平衡，根据热平衡定律，A的温度便与 B的温度相等.
系统达到热平衡的宏观标志就是温度相同， 若温度不同即系统处于非平衡态，则系统一定存 在着热交换。
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．
③一般情况下， T＝t+273 K
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1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1
ABC
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
2、热平衡定律(又叫热力学第零定律)： 如果两个系统分别与第三个系统达到热平 衡，那么这两个系统彼此之间也必定处于热平 衡，这个结论称为热平衡定律。 3、温度 两个系统处于热平衡时，它们具有一个“共 同性质”。我们就把表征这一“共同性质”的物 理量定义为温度。
温度是决定一个系统与另一个系统是否达到热 平衡状态的物理量，它的特征就是“一切达到热 平衡的系统都具有相同的温度”这就是常用温度 计能够用来测量温度的基本原理．
3、平衡态：系统所有宏观性质不随时间变 化时状态称之为平衡态． 一个物理学系统，在没有外界影响的情况 下，只要经过足够长的时间，系统内各部分的 状态参量会达到稳定。 热学系统所处的平衡态往往是一种动态的 平衡，这种动态平衡性质充分说明热运动是物 质运动的一种特殊形式。
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( BCD ) A．每个气体分子的运动速率 B．压强 C．体积 D．温度
系统以外的周围物体称之为外界或环境， 系统与外界之间往往存在相互的作用．在物理 学研究中，对系统内部问题，往往采取“隔离” 分析方法，对系统与外界的相互作用问题，往 往采取“整体”分析的方法．
2、状态参量 ： 描述物质系统状态的宏观物 理量叫做状态参量． 物理学中，需要研究系统的各种性质， 包括几何性质、力学性质、热学性质、电磁 性质等等．为了描述系统的状态。需要用到 一些物理量，例如：用体积描述它的几何性 质，用压强描述力学性质．用温度描述热学 性质等等
三、温度计与温标
1、温标：定量描述温度的方法叫做温标 温标的建立包含三个要素： ①选择温度计中用于测量温度的物质，即测温 物质； ②对测温物质的测温属性随温度变化规律的定 量关系作出某种规定； ③确定固定点即温度的零点和分度方法．
2、热力学温度． (1)定义：热力学温标表示的温度叫做热力学 温度，它是国际单位制中七个基本物理量之一。 (2)符号: T，
(3)单位开尔文，简称开，符号为K．
(4) 热力学温标与热力学温度T的关系：
T＝t+273.15 K
(5)说明
①摄氏温标的单位“℃”是温度的常用单位， 但不是国际制单位，温度的国际制单位是开尔文， 符号为K．在今后各种相关热力学计算中，一定 要牢记将温度单位转换为热力学温度即开尔文；
②由T＝t+273.15 K可知，物体温度变化l℃与 变化l K的变化量是等同的，但物体所处状态为 l℃与l K是相隔甚远的；
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 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1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．
第四节 温度和温标
杯子中盛有正在熔化的0℃的冰水 混合物，若将其移至0℃的房间，冰和 水质量各怎样变化?说说其中的道理．
思考：初中阶段学习的热传递方 向是怎样的?若两个接触物体间没有 发生热传递．这两个物体一定具有怎 样的共性?
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一、平衡态与状态参量
1、系统：物理学中，把所研究的对象称为 系统．
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．
二、热平衡与温度
1、热平衡：两个系统之间没有隔热材料，它们 相互接触，或者通过导热性能很好的材料接触， 这两个系统的状态参量将会互相影响而分别改 变．最后，两个系统的状态参量不再变化，说明 两个系统已经具有了某个“共同性质”，此时我 们说两个系统达到了热平衡． 热平衡概念也适用于两个原来没有发生过 作用的系统．因此可以说，只要两个系统在接 触时它们的状态不发生变化，我们就说这两个 系统原来是处于热平衡的．
若温度计跟物体A处于热平衡，它同时也跟物 体B处于热平衡，根据热平衡定律，A的温度便与 B的温度相等.
系统达到热平衡的宏观标志就是温度相同， 若温度不同即系统处于非平衡态，则系统一定存 在着热交换。
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．
③一般情况下， T＝t+273 K
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1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1
ABC
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
2、热平衡定律(又叫热力学第零定律)： 如果两个系统分别与第三个系统达到热平 衡，那么这两个系统彼此之间也必定处于热平 衡，这个结论称为热平衡定律。 3、温度 两个系统处于热平衡时，它们具有一个“共 同性质”。我们就把表征这一“共同性质”的物 理量定义为温度。
温度是决定一个系统与另一个系统是否达到热 平衡状态的物理量，它的特征就是“一切达到热 平衡的系统都具有相同的温度”这就是常用温度 计能够用来测量温度的基本原理．
3、平衡态：系统所有宏观性质不随时间变 化时状态称之为平衡态． 一个物理学系统，在没有外界影响的情况 下，只要经过足够长的时间，系统内各部分的 状态参量会达到稳定。 热学系统所处的平衡态往往是一种动态的 平衡，这种动态平衡性质充分说明热运动是物 质运动的一种特殊形式。
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( BCD ) A．每个气体分子的运动速率 B．压强 C．体积 D．温度
系统以外的周围物体称之为外界或环境， 系统与外界之间往往存在相互的作用．在物理 学研究中，对系统内部问题，往往采取“隔离” 分析方法，对系统与外界的相互作用问题，往 往采取“整体”分析的方法．
2、状态参量 ： 描述物质系统状态的宏观物 理量叫做状态参量． 物理学中，需要研究系统的各种性质， 包括几何性质、力学性质、热学性质、电磁 性质等等．为了描述系统的状态。需要用到 一些物理量，例如：用体积描述它的几何性 质，用压强描述力学性质．用温度描述热学 性质等等
三、温度计与温标
1、温标：定量描述温度的方法叫做温标 温标的建立包含三个要素： ①选择温度计中用于测量温度的物质，即测温 物质； ②对测温物质的测温属性随温度变化规律的定 量关系作出某种规定； ③确定固定点即温度的零点和分度方法．
2、热力学温度． (1)定义：热力学温标表示的温度叫做热力学 温度，它是国际单位制中七个基本物理量之一。 (2)符号: T，
(3)单位开尔文，简称开，符号为K．
(4) 热力学温标与热力学温度T的关系：
T＝t+273.15 K
(5)说明
①摄氏温标的单位“℃”是温度的常用单位， 但不是国际制单位，温度的国际制单位是开尔文， 符号为K．在今后各种相关热力学计算中，一定 要牢记将温度单位转换为热力学温度即开尔文；
②由T＝t+273.15 K可知，物体温度变化l℃与 变化l K的变化量是等同的，但物体所处状态为 l℃与l K是相隔甚远的；
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 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1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．