《温度和温标》精品课件

二、热平衡与温度 1、热平衡
如果两个系统相互接触而传热,它们的状态 参量将改变，但经过一段时间后，状态参量不 再变化,达到了相同的温度,我们就说两个系统达 到了热平衡。（两个系统是通过热传递达到的 平衡）
甲 T甲 乙 T乙
只要两个系统在接触时它们 的状态不发生变化,就说这 两个系统原来就处于热平衡
1
一、状态参量与平衡态 系统的概念
在物理学中所研究的对象，称为系 统.(系统之外与系统发生相互作用的其 他物体统称为外界)
A
B
一、状态参量与平衡态
1、状态参量 表示系统某种性质的物理量。
①几何性质：系统的大小、形状、体积等 ②力学性质：系统的压强、受力、表面张力 ③热学性质：系统温度 ④电磁性质：系统在电场、磁场作用下的性 质，如电场强度,磁感应强度等。
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，华氏温标 确定之后，就有了华氏温度(指示数)。
பைடு நூலகம்
2、温标 定量描述温度的方法叫温标。
建立一种温标的三要素： ①选择测温物质（水银/铂/气体/热电偶） ②确定测温属性（体积/电阻/压强/电动势） ③选定温度零点和分度方法 温标种类： ①摄氏温标(摄氏度t , 单位：0C) 标准大气压下 冰的熔点为零度,沸水为100度,期间分为100等份 ②热力学温标(热力学温度T,单位：开尔文 K） 七个基本物理量之一 T=273.15+t (K)
国际温标
1954年第10届国际计量大会（CGPM）决定采用水 三相点一个固定点来定义温度的单位，冰点已不 再是温标的定义固定点了。1967年第13届国际计 量大会决议定义：温度单位开尔文是水三相点热 力学温度的1/273.16。1988年第18届国际计量大 会及第77届国际计量委员会（CIPM）决议，自 1990年始采用“1990年国际温标（简称ITS90）”。ITS-90定义的温度单位更精确，更容易 复现。我国自1994年始全面采用这一标准。
2、气体的状态参量
（1）.温度 （2）.体积 （3）.压强 ------热学性质 ------几何性质 ------力学性质
3、平衡态
对于一个封闭系统，在经过足够 长的时间，系统各部分的状态参量会 达到稳定（不随时间变化）,我们说系 统达到了平衡态 。
平 例1．在热学中，要描述一定气体的宏观 衡 状态，需要确定下列哪些物理量( ) BCD 态 A ．每个气体分子的运动速率 B ．压强 和 D．温度 状 C．体积 态 参 解析：描述系统的宏观状态，其参量是宏 量 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．
华氏温标
1714年,荷兰华伦海特(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？
ΔT=Δt
③华氏温标： 华氏温标的温度tF与t之间的关系： tF＝32+9/5t 单位： °F
华氏温标在欧美使用非常普遍，摄氏 温标在亚洲使用较多，科学研究中多使用 绝对温标。
体积与温度成线性变化
随 例3实际应用中，常用到一种双金属温度计．它是利 堂 用铜片与铁片铆合在一起的双金属片的弯曲程度随温度 练 变化的原理制成的，如图7—4—1所示．已知左图中双 习 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 )
双金属温度计 图7－4－1
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．
摄氏温标
摄氏温标是瑞典人摄尔修斯（A.Celsius， 1701—1744）在1742年首先提出的一种经验温标， 过去曾被广泛使用。摄氏温标以水沸点 （101?325Pa压力下水和水蒸气之间的平衡温度） 为100度和冰点（101?325Pa压力下冰和被空气饱 和的水之间的平衡温度）为0度作为温标的两个 固定点。摄氏温标采用玻璃汞温度计作为内插仪 器，假定温度和汞柱的高度成正比，即把水沸点 与冰点之间的汞柱的高度差等分为100格，1格对 应于1度。
2、热力学第零定律（热平衡定律）
若系统A，C达到热平衡 若系统B，C达到热平衡 A和B也是处于热平衡
如果两个系统分别与第三个系统达 到热平衡，那么这两个系统也必定处于 热平衡。
三、温度与温标
1、温度
两个系统达到热平衡时具有的共同 性质是温度相同 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 一切达到热平衡的系统都具有相同的温度
温度的单位有了新的、更加精确和科学的定义以 后，考虑到人们长期以来的使用习惯，仍然保留 摄氏温度这一名词，但它有了新的意义。某一热 状态的摄氏温度，就是用它与一特定的热状态 （比水三相点温度低0.01?K的热状态，即0摄氏度） 之间的温度差所表示的温度。这个温度差要用开 尔文温度来表示。它的单位称为摄氏度，符号为 ℃。因此，摄氏温度是从开尔文温度导出的，是 以0摄氏度作为计算起点的温度。摄氏温度和开尔 文温度相差一个常数，彼此可以互相换算：t/℃ ＝T/K－273.15。由此，摄氏温度有了新的定义。 在数值上，它与过去人们习惯使用的摄氏温标温 度很相近，但不相等，与摄氏温标的原定义无关。
静电平衡
φ相同
+
-
高中
温度：两个系统达到热平衡时,温 度相同 温度是描述物体冷热程度的物理量
初中
100C
300C
500C
热 例2、一金属棒的一端与0℃冰接触，另一 平端与100℃水接触，并且保持两端冰、水的温度 衡 不变．问当经过充分长时间后，金属棒所处的状 与 温态是否为热平衡态?为什么? 度 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．