热力学中温度的定义

３ 讨论
１）由于热力学研究的是热运动的宏观规律，因此在理论上首先引入描述热运动的宏观物理量———热 运动量 σ是合理的． 引入的 σ必定是热现象所特有的量，就像力学理论中首先引入力和质量等物理量，电 学理论中引入电场强度物理量一样．
２）σ为描述热运动的一个量，而热力学是从宏观上研究热现象的一门理论，因此热力学中并不能很 好理解 σ的微观意义，只能说它是系统热运动大小的一个量度．
４）根据上面的讨论，从热力学角度可以看出，宏观物理量熵 Ｓ 反映了系统热运动的大小．
４ 结束语
我们重新赋予了温度概念一个确切表述，并给出简单论述证明． 指出温度是热平衡系统单位熵的能 量，及其和现有理论并无矛盾之处，并不需对现有理论作任何修正． 从宏观上看，温度表征了系统的能量； 微观上看，它表征了组成系统的微观粒子无规则热运动的平均能量．
ａｎｄ ｄｅｆｉｎｅｄ ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｐｔ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｌｅａｒｌｙ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｖｉｅｗ ｏｆ ｍａｃｒｏｓｃｏｐｉｃ ｐｏｉｎｔ． Ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｓ ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ｐｅｒ ｕｎｉｔ ｑｕａｎｔｉｔｙ ｏｆ ｈｅａｔ ｍｏｔｉｏｎ ｉｎ ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ ｓｙｓｔｅｍ． Ｉｔ ｉｓ ｎｏｔ ｃｏｎｔｒａｄｉｃｔｏｒｙ ｔｏ ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ｔｈｅｏｒｙ， ａｎｄ ｈａｓ ａ ｃｌｅａｒ ｐｈｙｓｉｃｓ ｍｅａｎｉｎｇ．
下面我们从热运动这一事实出发，给出温度的定义：温度是热平衡系统单位熵的能量． 论述证明：如图 １ 所示，在相对系统质心静止的参考系中，有两个热接触并处于热平衡的系统Ⅰ和Ⅱ， 其能量分别为 Ｕ１ 和 Ｕ２ ，熵分别为 σ１ 和 σ２ ． 两系统构成一处于热平衡的孤立系统（Ｐ，Ｖ），其能量为 Ｕ，熵为 σ． 由于 σ和 Ｕ 均为广延量，于是有
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ ｅｄｕｃａｔｉｏｎ ｍｅｄｉａ ａｎｄ ｎｅｔｗｏｒｋ ｍｅｄｉａ， ｔｈｉｓ
ｐａｐｅｒ ａｄｖａｎｃｅｓ ｔｈｅ ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｆｏｒ ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ ｅｄｕｃａｔｉｏｎ ｍｅｄｉａ ｉｎ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｅｒａ ａｎｄ ｆｕｒｔｈｅｒ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｔｈｅ ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ ｅｄｕｃａｔｉｏｎ ｍｅｄｉａ ｓｕｐｐｏｒｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．
在早期的热力学理论中，温度并没有给出明确的定义，甚至在一些名著中也没给出温度的明确定义［１，２］． 在 １９ 世纪热力学理论建立过程中，温度的概念仅凭经验直接引入到理论中，在热力学理论基本建立后，才 发现温度这一基本问题并没有定义． 因此，在热力学第一定律和热力学第二定律建立 ８０ 年后的 ２０ 世纪 ３０ 年代才发现了热平衡定律，从逻辑上讲，只能称之为热力学第零定律了． 由热力学第零定律，从中定义了温 度是互为热平衡的物体所具有的一个相等的态函数［３］． 或者说，处于同一热平衡状态的所有热力学系统都 具有一个共同的宏观性质，表征这一宏观性质的物理量就定义为温度［４］． 这些定义显然较为抽象，在理解和 应用上，容易忽视了温度与能量的联系． 所以，要不断强调温度的微观意义及温度的统计意义，因其同时也 影响了至今仍未统一认识的相对论热力学理论的建立［５］． 这说明温度概念的建立经历了一个长期的理论和 实践的探索． 本文从热运动这一基本事实出发，重新定义温度的概念，并给出热力学第零定律的数学表述． 新定义与现有理论并无矛盾，仅相差一个比例系数． 一个系数之差，在物理理论上并不影响整个理论体系， 只要适当选择单位制即可消去此系数．
Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ：ｈｅａｔ ｍｏｔｉｏｎ；ｑｕａｎｔｉｔｙ ｏｆ ｈｅａｔ ｍｏｔｉｏｎ；ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｅｎｔｒｏｐｙ；ｅｎｅｒｇｙ
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参考文献：
［１］ 孙祯祥． 论网络教育媒体与电视教育媒体的融合［ Ｊ ］． 电化教育研究，２００（５ ２）：５４－ ６２． ［２］ 徐正山． 现代教育技术中的电视教育与网络教育［ Ｊ ］． 科技情报开发与经济，２００５，１（５ １６）：１３１－ １３２． ［３］ 付道明，张利桃． 中国教育电视的研究现状与发展趋势［ Ｊ ］． 电化教育研究，２００（５ ８）：６６－ ６９． ［４］ 胡为芹． 网络时代教育电视可持续发展的探究［ Ｊ ］． 现代远程教育研究，２００（５ ５）：３１－ ３４． ［５］ 张歌东． 影视非线性编辑［Ｍ］． 北京：中国广播电视出版社，２００３：７２－ ７６． ［６］ 朱强． 广播电视新技术［Ｍ］． 杭州：浙江大学出版社，２００４：２２－ ２８；４０１－ ４０５．
１ 温度的新定义
热力学研究的对象是由大量无规则运动的微观粒子组成的系统． 大量微观粒子的无规则运动称为热 运动，热力学就是研究热运动所表现出来的宏观规律的．
为了描述大量微观粒子无规则运动这一热现象，必须引入一个热运动宏观状态所特有的量，这个量我 们用 σ来表示，称为热运动量． 处于热平衡态的系统，即表现了系统热运动的宏观状态（微观状态的统计 平均）处于一确定值． 因此，热运动量 σ是反映热运动大小的一个无量纲的状态函数． 由于热运动是大量 微观粒子的无规则运动，因此系统的热运动量 σ是一个广延量． 后面的论述将说明 σ是与熵联系的，这 里，我们不妨直接称 σ为熵．
３）统计物理学是目前物理理论体系中最完美的理论，爱因斯坦也给予了极高的评价． 它独立于热力 学理论，从微观角度研究了热运动问题． 我们在这里引入的描述热运动的量 σ，其意义就是统计物理中微 观状态数对应的熵 σ［３，６］． 这里的 σ与现有理论的熵 Ｓ 之间的关系为［６］Ｓ ＝ κσ，其中 κ为玻尔兹曼常数． 这 样，我们定义的温度 Ｔ ＊ 与现有理论的温度 Ｔ 有如下关系［６］：Ｔ ＊ ＝ κＴ． 因此，在现有理论中，也可定义温度 为能量 Ｕ 与熵 Ｓ 的比值．
Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ：ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ ｅｄｕｃａｔｉｏｎ ｍｅｄｉａ；ｎｅｔｗｏｒｋ ｍｅｄｉａ；ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ
Ｕ ＝ Ｕ１ ＋ Ｕ２ ，
收稿日期：２００７－ ０１－ １９
第２期
张福恒等：热力学中温度的定义
１ห้องสมุดไป่ตู้３
σ＝ σ１ ＋ σ２ ．
（Ｐ，Ｖ）
由于孤立系统处于平衡态，因此 Ｕ 及 σ应具有极值，否则它不处于平衡态．
对于参数 λ，有 由此
ｄＵ ＝ ｄＵ１ ＋ ｄＵ２ ＝ ｄＵ１ ｄσ１ ＋ ｄＵ２ ｄσ２ ＝ ０， ｄλ ｄλ ｄλ ｄσ１ ｄλ ｄσ２ ｄλ
ｄσ ＝ ｄσ１ ＋ ｄσ２ ＝ ０， ｄλ ｄλ ｄλ
Ｉ
ＩＩ
图 １ 互为热平衡的 两热力学系统
ｄＵ１ ＝ ｄＵ２ ． ｄσ１ ｄσ２ 即：互为热平衡的系统，其单位熵（热运动量）的能量相等．
（１）
（１）式是参数 λ的函数，即互为热平衡的热力学系统有一个相等的函数（态函数）． 根据热力学第零定
律，我们将其定义为温度，用 Ｔ ＊ 表示：Ｔ ＊ ＝ ｄＵ ，即互为热平衡的物体具有相同的温度． 这里，我们从数学 ｄσ
Ｔｈｅ ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒ ａｔｕｒ ｅ ｉｎ ｔｈｅｒ ｍｏｄｙｎａｍｉｃｓ
Ｚｈａ ｎｇ Ｆｕｈｅ ｎｇ，Ｌｉｕ Ｘｉａ ｏｃｉ
（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ， Ｈａｉｎａｎ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｉｋｏｕ ５７１１５８，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ， ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｆａｃｔ ｏｆ ｈｅａｔ ｍｏｔｉｏｎ， ｗｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ａ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｑｕａｎｔｉｔｙ σｔｏ ｄｅｓｃｒｉｂｅ ｔｈｅ ｈｅａｔ ｍｏｔｉｏｎ，
Ｏｎ ｔｈｅ ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ ｅｄｕｃａｔｉｏｎ ｍｅｄｉａ ｉｎ ｎｅｔｗｏｒ ｋ ｅｎｖｉｒ ｏｎｍｅｎｔ
Ｆａ ｎｇ Ｙｕｎｄｕａ ｎ
（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｉｎａｎ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｉｋｏｕ ５７１１５８，Ｃｈｉｎａ）
第 ２０ 卷 第 ２ 期 ２００７ 年 ６ 月
海南师范大学学报 （自然科学版） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈａｉｎａｎ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ （Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ）
Ｖｏ１．２０ Ｎｏ．２ Ｊｕｎ． ２００７
热力学中温度的定义
张福恒，刘晓慈
（海南师范大学物理系，海南 海口 ５７１１５８）
由于能量在相对论变换中已有结论，而熵表征了系统的微观状态数，数是相对论变换中的不变量． 这 样，以上我们对温度的定义将有可能解决温度的相对论变换问题的长期争论［５，７，８］，为相对论热力学理论的 建立提供了一个更为坚实的基础．
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海南师范大学学报（自然科学版）
２００７ 年
参考文献：
［１］ Ｆｅｙｎｍａｎ Ｒ Ｐ． Ｔｈｅ Ｆｅｙｎｍａｎ Ｌｅｃｔｕｒｅｓ ｏｎ Ｐｈｙｓｉｃｓ［Ｍ］． Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ： Ａｄｄｉｓｏｎ－ Ｗｅｓｌｅｙ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ， １９７５． ［２］ Ｒ ｅｉｆ Ｆ． 伯克利物理学教程统计物理学［Ｍ］． 周世勋，译． 北京：科学出版社，１９７９：５１－ ５６；２０３－ ２１０；３２３． ［３］ 汪志诚． 热力学·统计物理［Ｍ］． ２ 版． 北京：高等教育出版社，１９９３． ［４］ 邹邦银．热力学与分子物理学［Ｍ］．武汉：华中师范大学出版社，２００４：６；２００． ［５］ 张镇九． 相对论物理学［Ｍ］． 武汉：华中师范大学出版社，１９９７：７０． ［６］ ЛД朗道， ЕＭ 栗弗席兹． 统计物理学［Ｍ］． 杨训恺，译． 北京：人民教育出版社，１９６４：３０；４２－ ４４． ［７］ 谈镐生． 关于相对论热力学中的温度变换［ Ｊ ］． 中国科学，１９８２，Ａ３：２４５． ［８］ 丁光涛． 辐射功率不变性和温度洛仑兹变换［ Ｊ ］． 科学通报，１９８５，３：１８３．
上简单地表述了热力学第零定律，（１）式可作为热力学第零定律的数学表述．
２ 温标的建立
理论上有了温度概念的定义，但在实用上我们采用的是温标，即温度的数值表示． 由于温度 Ｔ ＊ 和现有理论的温度 Ｔ 均表示了互为热平衡系统共有的一个态函数（状态的单值函数），因 此，我们有理由认为 Ｔ ＊ 与 Ｔ 之间存在正比关系 Ｔ ＊ ＝ ＣＴ． 我们只要选择适当的单位，则常数 Ｃ 即可为 １． 在 后面的论述中我们将说明在国际单位制中，Ｃ 就是玻尔兹曼常数 κ． 这样，我们完全可按现有理论方法，规定水的三相点为参考点，建立理想气体温标． 同样，也可建立起 热力学温标．
摘 要：从热运动这一基本事实出发，引入了描述热运动的物理量 σ，从宏观的角度重新定
义了温度的概念，并给出了热力学第零定律的数学表述： 温度是热力学系统单位热运动量的能
量，它与现有理论并无矛盾，并具有清晰的物理意义．
关键词：热运动；热运动量；温度的定义；熵；能量
中图分类号：Ｏ ４１４
文献标识码：Ａ
文章编号：１６７１－ ８７４７（２００７）０２－ ０１４２－ ０３