7.4《溫度和溫標》課件

復(fù)習鞏固 1 分子間的作用力有什么特點 2 分子間作用力與分子距離有什么樣的關(guān)系 分子間同時存在著引力和斥力 都隨分子間距離r的增大而減小 隨r的減小而增大 但斥力比引力變化的快 7 4 溫度和溫標 閱讀課文 回答以下問題 1 什么是系統(tǒng)和狀態(tài)參量 2 什么是平衡態(tài) 3 什么是熱平衡和熱平衡定律 4 溫度和溫標是如何定義的 5 如何確定溫標 1 系統(tǒng) 物理學中 把所研究的對象稱為系統(tǒng) 系統(tǒng)之外與系統(tǒng)發(fā)生相互作用的其他物體統(tǒng)稱為外界 問題1 什么是系統(tǒng)和狀態(tài)參量 2 狀態(tài)參量 描述物質(zhì)系統(tǒng)狀態(tài)的宏觀物理量 幾何性質(zhì) 系統(tǒng)的大小 形狀 體積等 力學性質(zhì) 系統(tǒng)的壓強 受力 表面張力 熱學性質(zhì) 系統(tǒng)溫度 電磁性質(zhì) 系統(tǒng)在電場 磁場作用下的性質(zhì) 如電場強度 磁感應(yīng)強度等 2 氣體的狀態(tài)參量 1 溫度 2 體積 3 壓強 熱學性質(zhì) 幾何性質(zhì) 力學性質(zhì) 問題2 什么是平衡態(tài) 對于一個封閉系統(tǒng) 在經(jīng)過足夠長的時間 系統(tǒng)各部分的狀態(tài)參量會達到穩(wěn)定 不隨時間變化 我們說系統(tǒng)達到了平衡態(tài) 動態(tài)的平衡 問題3 什么是熱平衡和熱平衡定律 1 熱平衡 如果兩個系統(tǒng)相互接觸而傳熱 它們的狀態(tài)參量將改變 但經(jīng)過一段時間后 狀態(tài)參量不再變化 達到了相同的溫度 我們就說兩個系統(tǒng)達到了熱平衡 兩個系統(tǒng)達是通過熱傳遞熱達到的平衡 甲T甲 只要兩個系統(tǒng)在接觸時它們的狀態(tài)不發(fā)生變化 就說這兩個系統(tǒng)原來就處于熱平衡 2 熱力學第零定律 熱平衡定律 如果兩個系統(tǒng)分別與第三個系統(tǒng)達到熱平衡 那么這兩個系統(tǒng)也必定處于熱平衡 若系統(tǒng)A C達到熱平衡若系統(tǒng)B C達到熱平衡A和B也是處于熱平衡 問題4 溫度和溫標是如何定義的 1 溫度 一切達到熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度 溫度是決定一個系統(tǒng)與另一個系統(tǒng)是否達到熱平衡狀態(tài)的物理量 兩個系統(tǒng)達到熱平衡時具有的共同性質(zhì)是溫度相同 溫度理解 高中 初中 溫度是描述物體冷熱程度的物理量 宏觀上 溫度是決定一個系統(tǒng)與另一個系統(tǒng)是否達到熱平衡狀態(tài)的物理量標志物體內(nèi)部分子無規(guī)則熱運動的劇烈程度 微觀上 2 溫標 定量描述溫度的方法叫溫標 建立一種溫標的三要素 選擇測溫物質(zhì) 水銀 鉑 氣體 熱電偶 確定測溫屬性 體積 電阻 壓強 電動勢 選定溫度零點和分度方法 體積與溫度成線性變化 溫標種類 攝氏溫標 攝氏度t 單位 0C 標準大氣壓下冰的熔點為零度 沸水為100度 期間分為100等份 熱力學溫標 熱力學溫度T 單位 開爾文K 七個基本物理量之一T 273 15 t K T t 說明 溫度的國際制單位是開爾文 符號為K 在今后各種相關(guān)熱力學計算中 一定要牢記將溫度單位轉(zhuǎn)換為熱力學溫度即開爾文 由T t 273 15K可知 物體溫度變化l 與變化lK的變化量是等同的 但物體所處狀態(tài)為l 與lK是相隔甚遠的 一般情況下 0K是低溫的極限 只能無限接近 但不能達到 華氏溫標華氏溫標的溫度tF與t之間的關(guān)系 tF 32 9 5t單位 F 華氏溫標在歐美使用非常普遍 攝氏溫標在亞洲使用較多 科學研究中多使用絕對溫標 例1 在熱學中 要描述一定氣體的宏觀狀態(tài) 需要確定下列哪些物理量 A 每個氣體分子的運動速率B 壓強C 體積D 溫度 解析 描述系統(tǒng)的宏觀狀態(tài) 其參量是宏觀量 每個氣體分子的運動速率是微觀量 不是氣體的宏觀狀態(tài)參量 氣體的壓強 體積 溫度分別是從力學 幾何 熱學三個角度對氣體的性質(zhì)進行的宏觀描述 是確定氣體宏觀狀態(tài)的三個狀態(tài)參量 顯然B C D選項正確 BCD 例2 一金屬棒的一端與0 冰接觸 另一端與100 水接觸 并且保持兩端冰 水的溫度不變 問當經(jīng)過充分長時間后 金屬棒所處的狀態(tài)是否為熱平衡態(tài) 為什么 解析 因金屬棒一端與0 冰接觸 另一端與100 水接觸 并且保持兩端冰 水的溫度不變時 金屬棒兩端溫度始終不相同 雖然金屬棒內(nèi)部溫度分布處于一種從低到高逐漸升高穩(wěn)定狀態(tài) 但其內(nèi)部總存在著沿一定方向的能量交換 所以金屬棒所處的狀態(tài)不是平衡態(tài) 答案 否 因金屬棒各部分溫度不相同 存在能量交換 例3實際應(yīng)用中 常用到一種雙金屬溫度計 它是利用銅片與鐵片鉚合在一起的雙金屬片的彎曲程度隨溫度變化的原理制成的 如圖7 4 1所示 已知左圖中雙金屬片被加熱時 其彎曲程度會增大 則下列各種相關(guān)敘述中正確的有 雙金屬溫度計圖7 4 1 A 該溫度計的測溫物質(zhì)是銅 鐵兩種熱膨脹系數(shù)不同的金屬B 雙金屬溫度計是利用測溫物質(zhì)熱脹冷縮的性質(zhì)來工作的C 由左圖可知 銅的熱膨脹系數(shù)大于鐵的熱膨脹系數(shù)D 由右圖可知 其雙金屬征的內(nèi)層一定為銅 外層一定為鐵 ABC 解析 雙金屬溫度計是利用熱膨脹系數(shù)不同的銅 鐵兩種金屬制成的雙金屬片其彎曲程度隨溫度變化的原理來工作的 A B選項是正確的 圖7 4一l左圖中 加熱時 雙金屬片彎曲程度增大 即進一步向上彎曲 說明雙金屬片下層熱膨脹系數(shù)較大 即銅的熱膨脹系數(shù)較大 C選項正確 圖7 4 1右圖中 溫度計示數(shù)是順時針方向增大 說明當溫度升高時溫度計指針順時針方向轉(zhuǎn)動 則其雙金屬片的彎曲程度在增大 故可以推知雙金屬片的內(nèi)層一定是鐵 外層一定是銅 D選項是錯誤的 攝氏溫標是瑞典人攝爾修斯 A Celsius 1701 1744 在1742年首先提出的一種經(jīng)驗溫標 過去曾被廣泛使用 攝氏溫標以水沸點 101 325Pa壓力下水和水蒸氣之間的平衡溫度 為100度和冰點 101 325Pa壓力下冰和被空氣飽和的水之間的平衡溫度 為0度作為溫標的兩個固定點 攝氏溫標采用玻璃汞溫度計作為內(nèi)插儀器 假定溫度和汞柱的高度成正比 即把水沸點與冰點之間的汞柱的高度差等分為100格 1格對應(yīng)于1度 攝氏溫標 1954年第10屆國際計量大會 CGPM 決定采用水三相點一個固定點來定義溫度的單位 冰點已不再是溫標的定義固定點了 1967年第13屆國際計量大會決議定義 溫度單位開爾文是水三相點熱力學溫度的1 273 16 1988年第18屆國際計量大會及第77屆國際計量委員會 CIPM 決議 自1990年始采用 1990年國際溫標 簡稱ITS 90 ITS 90定義的溫度單位更精確 更容易復(fù)現(xiàn) 我國自1994年始全面采用這一標準 溫度的單位有了新的 更加精確和科學的定義以后 考慮到人們長期以來的使用習慣 仍然保留攝氏溫度這一名詞 但它有了新的意義 某一熱狀態(tài)的攝氏溫度 就是用它與一特定的熱狀態(tài) 比水三相點溫度低0 01 K的熱狀態(tài) 即0攝氏度 之間的溫度差所表示的溫度 這個溫度差要用開爾文溫度來表示 它的單位稱為攝氏度 符號為 因此 攝氏溫度是從開爾文溫度導(dǎo)出的 是以0攝氏度作為計算起點的溫度 攝氏溫度和開爾文溫度相差一個常數(shù) 彼此可以互相換算 t T K 273 15 由此 攝氏溫度有了新的定義 在數(shù)值上 它與過去人們習慣使用的攝氏溫標溫度很相近 但不相等 與攝氏溫標的原定義無關(guān) 1714年 荷蘭華倫海特 G D Fahrenheit 最初所制的水銀溫度計是在北愛爾蘭最冷的某個冬日 水銀柱降到最低的高度定為零度 把他妻子的體溫定為100度 然后再把這段區(qū)間的長度均分為100份 每一份叫1度 這就是最初的華氏溫標 顯然 認定氣溫和人的體溫作為測溫質(zhì)的標準點并在此基礎(chǔ)上分度是不妥當?shù)?健康人的體溫在一天之中經(jīng)常波動 而且他妻子如果感冒發(fā)燒了怎么辦 華氏溫標 后來 華倫海特改進了他創(chuàng)立的溫標 把冰 水 氯化銨和氯化鈉的