第七章温度测量解析

摄氏温标
1740年瑞典人摄氏(Celsius)提出在标准大气压下，把水的冰点规定 为0度，水的沸点规定为100度。根据水这两个固定温度点来对玻璃水银 温度计进行分度。两点间作100等分，每一份称为1摄氏度。记作1℃。 摄氏温度和华氏温度的关系为 T ℉ = t℃ + 32 式中 T——华氏温度值; t——摄氏温度值。
2.热力学温标
热力学温标是英国物理学家开尔文(Kelvin)于1848 年以热力学第二定律为基础所引出的与测温物质 无关的温标,它是一种理想而不能真正实现的理论 温标，是国际单位制中七个基本物理单位之一。 热力学温标是以卡诺循只与热源和冷源的温度有关。假设热机从 温度为T2的热源获得的热量为Q2，放给温度为T1 的冷源的热量为Q1，则有
随着温度测量技术的发展，温标也经 历了一个逐渐发展，不断修改和完善的渐 进过程。从早期建立的一些经验温标，发 展为后来的理想热力学温标和绝对气体温 标。到现今使用具有较高精度的国际实用 温标，其间经历了几百年时间。
1.经验温标
根据某些物质体积膨胀与温度的关系，用实验方法或经验公式所确 定的温标称为经验温标。
Q1 T1 Q2 T2
长度单位米(m)，质量单位千克 (kg)，时间单位秒(s)，温度单位 开尔文(K)，电流单位安培(A)，物 质的量的单位摩尔(mol)，发光强 度单位坎德拉(cd)
• 开尔文引出此温标后，于1854年建议用一个固 定点来确定此温标。人们发现水的三相点 (273.16K)的稳定性。因此，1954年第10届国际 计量大会决定采用水的三相点作为热力学温际 的基本固定点．此温标的表达式为：
二、温标
现代统计力学虽然建立了温度和分子动能之 间的函数关系，但由于目前尚难以直接测量物体 内部的分子动能，因而只能利用一些物质的某些 物性(诸如尺寸、密度、硬度、弹性模量、辐射强 度等)随温度变化的规律，通过这些量来对温度进 行间接测量。
由于不同物质的不同物理特性与温度有着不 同的关系，因此即使用同一物质的不同特性，或 不同物质的同一种特性对同一个温度进行测量， 也会得出不同的量值，为了保证温度量值的准确 和利于传递，需要建立一个衡量温度的统一标准 尺度，即温标。
4.国际实用温标和国际温标
经国际协议产生的国际实用温标，其指导思想是要它尽 可能地接近热力学温标，复现精度要高，且使用于复现温标 的标准温度计，制作较容易，性能稳定，使用方便，从而使 各国均能以很高的准确度复现该温标，保证国际上温度量值 的统一。
第一个国际温标是1927年第七届国际计量大会 决定采用的国际实用温标。此后在1948、1960、 1968年经多次修订，形成了近20多年各国普遍采用 的国际实用温标称为(IPTS一68)。 1989年7月第77届国际计量委员会批准建立了新 的国际温标，简称ITS一90。为和IPTS一68温标相区 别，用表示ITS一90温标。
华氏温标
1714年德国人法勒海特(Fahrenheit)以水银为测温介质，制成玻璃 水银温度计，选取氯化铵和冰水的混合物的温度为温度计的零度，人体 温度为温度计的100度，把水银温度计从0度到l00度按水银的体积膨胀 距离分成100份，每一份为1华氏度，记作“1℉”。按照华氏温标，则水 的冰点为32℉，沸点为212℉。(它规定在标准大气压下冰的融点为32华 氏度，水的沸点为212华氏度，中间等分为180份，每一等份称为华氏一 度)
从热平衡的观点看，温度可以作为物体 内部分子无规则热运动剧烈程度的标志，温 度高的物体，其内部分子平均动能大；温度 低的物体其内部分子的平均动能亦小。热力 学的定律指出：具有相同温度的两个物体， 它们必然处于热平衡状态。当两个物体分别 与第三个物体处于热平衡状态，则这两个物 体也处于热平衡状态，因而这三个物体将处 于同一温度。据此，如果我们能用可复现的 手段建立一系列基准温度值，就可把其它待 测物体的温度和这些基准温度进行比较，得 到待测物体的温度。
Q2 T 273.16 K Q1
这种温标的最大特点是与选用的测温介质性质 无关，克服了经验温标随测温介质而变的缺陷， 故称它为科学的温标或绝对热力学温标。由此 而得的温度称为热力学温度。从此所有的温度 测量都以热力学温标作为基准。
该温标为了在分度上和摄氏温标相一致， 把理想气体压力为零时对应的温度—— 绝对零度（是在实验中无法达到的理论 温度，而低于0 K的温度不可能存在） 与水的三相点温度分为273．16份，每 份为1 K (Kelvin) 。热力学温度的单位 为“K”。
除华氏和摄氏外，还有一些类似经验 温标如列氏、兰氏等，这里不再一一列举。 经验温标与测温介质有关，有多少种测温 介质就有多少个温标。
经验温标均依赖于其规定的测量物质，测温 范围也不能超过其上、下限(如摄氏为0℃、 l00℃)。超过了这个温区，摄氏将不能进行 温度标定。另外，经验温标主观地认为其规 定的温标具有很大的局限性，很快就不能适 应工业和科技等领域的测温需要。
第七章
温度测量
§7-1概
一、温度的基本概念
述
温度是一个基本物理量。它是工农业生产、 科学试验中需要经常测量和控制的主要参数，也 是与人们日常生活紧密相关的一个重要物理量。 通常把长度、时间、质量等基准物理量称作 “外延量”，它们可以叠加，例如把长度相同的 两个物体连接起来，其总长度为原来的单个物体 长度的两倍；而温度则不然，它是一种“内涵 量”，叠加原理不再适用，例如把两瓶90℃的水 倒在一起。其温度绝不可能增加，更不可能成为 180℃。
3. 绝对气体温标
从理想气体状态方程入手，来复现热力学温标叫绝对气体 温标。由波义耳定律： PV=RT 式中 P——一定质量的气体的压强； V——该气体的体积； R——普适常数； T——热力学温度。 理想气体仅是一种数学模型，实际上并不存在，故只能用 真实气体来制作气体温度计。由于在用气体温度计测量温度时， 要对其读数进行许多修正又需依据许多高精度、高难度的精确 测量；因此直接用气体温度计来统一国际温标，不仅技术上难 度很大、很复杂，而且操作非常繁杂、困难。