7.4 温度和温标

对于一个封闭系统，在经过相当长的时 间后，系统整体的宏观性质将不随时间而变 化、且具有确定的状态
——平衡状态，简称平衡态。 特点：
系统的所有性质都不随时间变化
0 oC 2atm
60oC 5atm
绝热
在有外界作 用时，系统 中各部分也 可能达到稳 定状态，但 并非为平衡 态。平衡态 对应的是无 外界影响下 的状态。
谢谢！
7.4 温度和温标
研究物理问题
研究对象 一个物体 多个物体 系统
研究的问题不同
选取的系统常不同
热学研 究对象
大量分子组 热力学 如气体、液 成的物体或 系 统 体、固体等 物体系统 系统以外的物质统称为外界或环境
一般说来热力学系统，要研究以下几个的性质： ①几何性质 描述系统的大小、形状、体积等。
系统间的相互作用
力学平衡 具有一种相同 的力学性质
压强
10oC 5atm
k
50oC 6atm
-
静电平衡
具有一种相同 的电学性质 + + +
绝热
电势
温度相等
-
-
热平衡
特征
具有一种相同 的热学性质
温度
200OC
绝热
10OC
A
B
A A B
A C
B
A
B
B
C
若两带电体相连后，其带 电状态不发生变化。 说明两带电体原来就已经 处于相同的电平衡状态。 （具有相等的电势） 若两个系统接触后，它们 的热学状态不发生变化。 说明两个系统原来就已经 处于相同的热平衡状态。 （具有相等的温度） 若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。 热平衡定律(热力学第零定律)

华氏温标

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？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[1]，华氏温标确 定之后，就有了华氏温度(指示数)。
②力学性质 描述系统的压强、应力、表面张力等。
③热学性质 描述系统温度。 ④电磁性质 描述系统在电、磁场作用下的性 质，如电场强度，磁感应强度等。
状态参量 ——描写系统状态的物理量
如：一辆汽车经过二中门口时的速度为10m/s， 加速度为1m/s2。 某氧气瓶容积为100L，其内氧气在温度为20oC 时的气压为5atm。
■热平衡定律(热力学第零定律)
若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。
■温度计与温标
温标——温度的数值表示法 建立一种温标的三要素：
①选择某种物质（叫做测温物质）的某一随温度 变化的属性（叫做测温属性）来标志温度； ②选定固定点（规定零点）； ③对测温属性随温度的变化关系作出规定（即规 定分度的方法）。
注意:
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；
来自百度文库
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；
在25℃左右的室内，将一只温度计从酒精中拿出， 观察它的示数变化情况是（ D ） A．温度计示数上升 B．温度计示数下降 C．温度计示数不变 D．示数先下降后上升
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 ( ABC )
一支玻璃管一端与一个鸡蛋 大小的玻璃泡相连，另一端 竖直插在水槽中，并使玻璃 管内吸入一段水柱。当气温 变化时，玻璃泡中气体压强 会随着变化，从而使玻璃管 内水柱高度发生变化。根据 管内水柱高度的变化就可测 出相应的温度。 说明“伽利略温度计”的测 温物质和测温属性。
在25℃左右的室内，将一只温度计从酒精中拿出，
水银温度计 ——水银的热膨胀 电阻温度计 ——金属电阻随温度变化 气体温度计 ——气体压强随温度变化 热电偶温度计 ——不同导体因温差产生电动势的大小
三、温度计与温标
建立一种温标的三要素： ①首先要确定物质 ②其次，确定该测温物质随温度变化物理量 ③第三，选定参考点（即规定分度的方法）。
摄氏温标：
标准大气压下冰的熔点为0oC 标准大气压下水的沸点为100oC 在0oC与100oC之间等分成100等份，每份算做1oC
热力学温标：
热力学温度是国际单位制中七个基本物理量之一， 用符号T表示，单位是开尔文，简称开，符号为K。
开氏温度T与摄氏温度t的关系是：
T = t + 273.15 K
∆T = ∆ t
由于分子做无规则的热运动，在这样的条件下达到 的平衡往往整体平衡局部不平衡，且达到的平衡态 具有一定的不稳定性，存在一定的起伏。这样的平 衡称为动态平衡。
热水 热水
冷空气
热水 温水
温空气
非平衡态
平衡态
注意：①平衡态是一种理想情况，因为任何系统完全不受外界 影响是不可能的。②类似于化学平衡，热力学系统达到的平衡 态也是一种动态平衡。③系统内部没有物质流动和能量流动。 ④处于平衡态的系统各处温度相等，但温度各处相等的系统未 必处于平衡态。
固
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
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7—4—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．
为了结束温标上的混乱局面，开尔文(即W· 汤姆逊)——这 位热力学第二定律的创始人，最受尊敬的物理学家，创立了一 种不依赖任何测温质(当然也就不依赖任何测温质的任何物理性 质)的绝对真实的绝对温标，也叫开氏温标或热力学温标。 开氏温标是根据卡诺循环定出来的，以卡诺循环的热量作 为测定温度的工具，即热量起着测温质的作用。正因为如此， 我们又把开氏温标叫做热力学温标。卡诺循环描绘了理想热机 的基本图案，具有巨大的理论意义。卡诺循环象迷雾中的灯塔， 给出了热机效率的上限。
观察它的示数变化情况是（ D ） A．温度计示数上升
B．温度计示数下降 C．温度计示数不变 D．示数先下降后上升
例1、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?
100度 恒温
金属棒
0度 恒温
3、平衡态：没有外界影响的情况下，系统中各部分的状态参量都 达到稳定的状态。 答案：否，因金属棒各部分温度不相同，存在能量交换． 平衡态：系统内部没有物质流动和能量流动。
摄氏温标

后来摄耳修司( A· Celsiua)也用水银作测温质，以冰的熔 点为零度(标以0℃)，以水的沸点为100度(标以100℃)。他认定 水银柱的长度随温度作线性变化，在0度和100度之间均分成 100等份，每一份也就是每一个单位叫1摄氏度。这种规定办法 就叫摄氏温标。
统一的热力学温标



两个物体放在一起彼此接触，它们若不发生热 传递，其原因是( D ) A．它们的能量相同 B．它们的比热相同 C．它们的热量相同 D．它们的温度相同
下列关于热力学温度的说法中，正确的是( ABC ) A．热力学温度的零点是－273.15 ℃ B．-1360C比136K温度高 C．0oC等于273.15K D．1℃就是1K E．升高1oC就是升高274K