1.3温度与温度计全解

即在规定一个固定点的情况下就建立了不依赖于具体化学 组分的定体气体温标，据此可以做成气体温度计
p T ( p) 273.16K lim ptr 0 p tr
通常选用性质更接近理想气体的低压氦气和低压氢气作气 体温度计的测温物质。 一般不同的测温物质、不同的测温属性所确定的经验温标 并不严格一致。(需要校准) 由定体气体温度计所定出的温标称为理想气体温标
第一章
§1.3 温度与温度计
作业：1.3.4
§1.3
一、温度
温度与温度计
日常生活中，常用温度来表示物体的冷热程度。
但是这种概念比较粗浅，容易产生混淆。 历史上曾经产生过热质说的错误概念。
在微观上，温度是处于热平衡系统的微观粒子热运动 强弱程度的量度。
要想准确地描述不同物体系统的温度，必须对温度进行量化。
例1.1,如图所示为低温测量常用的压力表式气体温度计，初始室温参数
如图，测量时A与待测温度系统接触，B仍置于室温条件不变，若测得此
时B的压强读数为p，求待测温度T。
解：
(p0, VB,T0)
压力表B
pVA M m R T Mm
温泡A 测温前
p0VA m A R T0 Mm
压力表B
p0VB mB R T0 Mm
374.0
O2
空气 N2 H2
量时的温度和压强（T, p）
373.2 373.0 200
●
●
●
●
400 600 800 1000 Ptr/(133.3224Pa)
测量方法(如氮气N2)：
1.当质量m1时，测ptr和p，算出T(p);
p 2.当m2时，测Ptr和p，算出T(p) …… T ( p) 273.16K lim , (V V0 ) ptr 0 p tr 3.将点绘成直线，延拓至Ptr趋于零。
经验温标的三要素
•选定固定点； •进行分度，即规定测温参量随温度的变化 关系（一般选线性关系）。
2、理想气体温标
以气体为测温物质，利用理想气体状态方程中体积(压强)不变时压强 (体积)与温度成正比关系所确定的温标称为理想气体温标。
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定体气体温度计：
T ( p) pV0 R
V0不变 水的三相点状态
tF TR [ 0 459 .67 ]0 R F
温度
热力学温度
t是摄氏温标(常识)
TR是兰（金）氏温标
单 符 位 号 K T
固定点的温度值
绝对零度
冰点
三相点 汽点
与热力学温度 的关系
通用 情况
国际通用 国际通用
0 -273.15 -459.67 0
273.15 273.16 373.15 T=T 0.00 32.00 0.01 32.02 100.00 212.00
0
摄氏温标 华氏温标 兰氏温标
℃ t F tF
0
t T 273 .15 C K
t 9 T 459 .67 F 5 K
英美等 国使用 英美等 国使用
R
TR
491.67 491.69 671.67
TR 1.8T
4、热力学温标（绝对温标） 是一种不依赖于测温物质和测温属性的温标 国际上规定，热力学温标为基本温标。 第五章中会引入热力学温标 热力学温标虽是理想化的温标，在理想气体温标适用范围内 它与理想气体温标是一致的。
开尔文
*5、国际实用温标
膨胀测温法：玻璃液体温度计、双金属温度计 压力测温法：压力表式温度计、蒸汽压温度计
实用温度 计简介
P44 选读1.1
电磁学测温法：电阻温度计、温差热电偶温度计、 半导体温度计、频率温度计 声学测温法：声学温度计 辐射测温法
选读：温度 约130亿年前，宇宙诞生于一次大爆炸（Big Bang），它的 温度在1036 K以上，随后迅速膨胀，温度剧减，几分钟后到 109 K，形成He，几十万年后，降到4000K，至如今，宇宙 冷却到2.735K。 太阳的中心温度是107 K，可以产生热核聚变。太阳表面的 温度是6000K。 金星Venus表面463℃，即733K左右，Pt、Zn都要熔化。 地球Earth表面平均温度15 ℃ ，即288K左右，109种生物生存。 一个大气压下，O2 在90K液化，N2 在77K液化，H2 在20K 液化，而被称之为“永久气体”的He也在4K变成液体。
二、热力学第零定律 1、绝热壁与导热壁
C A B 绝热壁 C B C A B
A
2、热力学第零定律 在不受外界影响的情况下，只要A和B同时与C处于热平衡， 即使A和B没有热接触，它们仍然处于热平衡状态，这种规律 被称为热力学第零定律。（1939 Fowler）
3、热力学第零定律的物理意义 互为热平衡的物体之间必存在一个相同的特征：温度相同。
毛细管C
测温后
温泡A
pVB mB m pVA m A m R R T M T Mm 0 m
(p0, VA,T0)
p0 (VA VB ) VA VB p( ) T0 T T0
解得：T T0
p / p0 V p 1 0 (1 ) VA p0
3、摄氏温标、华氏温标与兰氏温标 华氏温标：德国，华伦海脱，1714，水银：V-T温度计
第零定律不仅给出了温度的概念，而且指出了判别温度是 否相同的方法—分别于标准物体接触。
标准物体：温度计 为把温度用数值表示出来需要建立温标。
三、温标 1、温标的建立
温度的数值表示法叫做温标。
一般来说，只要一种物质的某种属性随冷热程度发生单调的、明 显的改变，都可被用来计量温度。这种温标称为经验温标。 •选择测温物质,确定测温属性；
ptrV0 273 .16 K R
Ptr为该气体温度计在水的三相点（气、液、固三相共存,温度为273.16K）
时的压强,仅是气体物质的量的函数.
T ( p) 273.16K lim
ptr 0
p （体积不变） ptr
不同气体测量正常沸水的温度方法： T(p) 直线上的各点表示该气体不同质 T(p)=373.15K
定点：氯化氨、冰、水混合物的熔点为0 ℉ ，冰的正常熔点为32℉，
经均匀分度得水的正常沸点212 ℉
摄氏温标：瑞典，摄尔修斯，1742，水银：V-T温度计
定点：冰的正常熔点为0℃，水的正常沸点100 ℃
9 t t F [ 0 C 32]0 F 5 0 R TR 1.8T ( ) K