《第一章溫度》PPT課件

1、1第一章 溫度2一、平衡態(tài)一、平衡態(tài)真空孤立系統(tǒng)孤立系統(tǒng)在不受在不受外界外界條件影響下，經(jīng)條件影響下，經(jīng)過足夠長時(shí)間后系統(tǒng)必將達(dá)過足夠長時(shí)間后系統(tǒng)必將達(dá)到一個(gè)宏觀上看來不隨時(shí)間到一個(gè)宏觀上看來不隨時(shí)間變化的變化的狀態(tài)即平衡態(tài)。狀態(tài)即平衡態(tài)。實(shí)際問題中，可將實(shí)際狀態(tài)近似地當(dāng)做平衡態(tài)來處理實(shí)際問題中，可將實(shí)際狀態(tài)近似地當(dāng)做平衡態(tài)來處理“影響影響”是指系統(tǒng)對(duì)外界有做功或熱交換是指系統(tǒng)對(duì)外界有做功或熱交換3箱子假想分成兩相同體積的部分，箱子假想分成兩相同體積的部分，達(dá)到平衡時(shí)，兩側(cè)粒子有的穿越達(dá)到平衡時(shí)，兩側(cè)粒子有的穿越界線，但兩側(cè)粒子數(shù)相同。界線，但兩側(cè)粒子數(shù)相同。例如：例如：粒子數(shù)粒子數(shù)從微觀看：

2、從微觀看： 處在平衡態(tài)中的大量分子仍在作熱運(yùn)動(dòng)，而且因處在平衡態(tài)中的大量分子仍在作熱運(yùn)動(dòng)，而且因?yàn)榕鲎?，為碰撞?每個(gè)分子的速度經(jīng)常在變，但是系統(tǒng)的宏每個(gè)分子的速度經(jīng)常在變，但是系統(tǒng)的宏觀量不隨時(shí)間觀量不隨時(shí)間 改變。改變。平衡態(tài)是一種熱動(dòng)平衡平衡態(tài)是一種熱動(dòng)平衡4平衡態(tài)的特點(diǎn)平衡態(tài)的特點(diǎn)注意注意1）理想化；理想化；2）動(dòng)態(tài)平衡。動(dòng)態(tài)平衡。1）單一性（）單一性（ P,T 處處相等）處處相等）;2）物態(tài)的穩(wěn)定性）物態(tài)的穩(wěn)定性 與時(shí)間無關(guān)；與時(shí)間無關(guān)；3）自發(fā)過程的終點(diǎn)；）自發(fā)過程的終點(diǎn)；4）熱動(dòng)平衡（有別于力平衡）熱動(dòng)平衡（有別于力平衡）.5二、狀態(tài)參量二、狀態(tài)參量狀態(tài)參量狀態(tài)參量描述系統(tǒng)平衡狀

3、態(tài)的變量數(shù)描述系統(tǒng)平衡狀態(tài)的變量數(shù) 幾何參量：幾何參量：體積體積 化學(xué)參量：化學(xué)參量：摩爾數(shù)，濃度，質(zhì)量摩爾數(shù)，濃度，質(zhì)量 電磁參量：電磁參量：電場強(qiáng)度，電極化強(qiáng)度，磁化強(qiáng)度電場強(qiáng)度，電極化強(qiáng)度，磁化強(qiáng)度 力學(xué)參量：力學(xué)參量：壓強(qiáng)壓強(qiáng) 熱學(xué)參量：熱學(xué)參量：溫度溫度6宏觀量宏觀量表征系統(tǒng)宏觀性質(zhì)的物理量表征系統(tǒng)宏觀性質(zhì)的物理量如系統(tǒng)的體積如系統(tǒng)的體積V、壓強(qiáng)、壓強(qiáng)P、溫度、溫度T等等可可直接直接測(cè)量測(cè)量分為廣延量和強(qiáng)度量分為廣延量和強(qiáng)度量廣延量有累加性如質(zhì)量廣延量有累加性如質(zhì)量M、體積、體積V、內(nèi)能、內(nèi)能U等等強(qiáng)度量無累加性如壓強(qiáng)強(qiáng)度量無累加性如壓強(qiáng) P，溫度，溫度T等等微觀量微觀量描寫單個(gè)微觀

4、粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物理量描寫單個(gè)微觀粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物理量一般只能一般只能間接間接測(cè)量測(cè)量如分子的質(zhì)量如分子的質(zhì)量 m、大小、大小 d、速度、速度 v等等7 氣體的物態(tài)參量及其單位氣體的物態(tài)參量及其單位（宏觀量）（宏觀量）TVp, 1 氣體壓強(qiáng)氣體壓強(qiáng) ：作用于容器壁上：作用于容器壁上單位面積的正壓力（力學(xué)描述）單位面積的正壓力（力學(xué)描述）.p 單位：單位：21Pa1N m 2 體積體積 : 氣體所能達(dá)到的最大空間（幾何氣體所能達(dá)到的最大空間（幾何描述）描述）. 33331m10 L10 dmV單位：單位：51atm1.013 10 Pa標(biāo)準(zhǔn)大氣壓：標(biāo)準(zhǔn)大氣壓： 緯度海平面處緯度海平面處, 時(shí)的大氣

5、壓時(shí)的大氣壓.450C 3 溫度溫度 : 氣體冷熱程度的量度（熱學(xué)描述）氣體冷熱程度的量度（熱學(xué)描述）. TtT15.273單位：溫標(biāo)單位：溫標(biāo) （開爾文）（開爾文）.K8),(TVppV),(TVp*o系統(tǒng)的任一平衡態(tài)均可用系統(tǒng)的任一平衡態(tài)均可用P-V圖圖上的一點(diǎn)表示出！上的一點(diǎn)表示出！9一、溫度一、溫度日常生活中，常用日常生活中，常用溫度溫度來表示物體的冷來表示物體的冷熱的程度熱的程度靠主觀感覺確定溫度有時(shí)是錯(cuò)的！靠主觀感覺確定溫度有時(shí)是錯(cuò)的！二、熱力學(xué)第零定律二、熱力學(xué)第零定律(Zeroth Law of Thermodynamics)10 Zeroth Law of Thermodyn

6、amics The zeroth law states that if two systems are at the same time in thermal equilibrium with a third system, they are in thermal equilibrium with each other. From /hbase/hframe.html113、熱力學(xué)第零定律的物理意義熱力學(xué)第零定律的物理意義互為熱平衡的物體之間必存在一個(gè)相同的特征，互為熱平衡的物體之間必存在一個(gè)相同的特征，即它們的溫度是相同的

7、。即它們的溫度是相同的。第零定律不僅給出了溫度的概念，而且指出了判第零定律不僅給出了溫度的概念，而且指出了判別溫度是否相同的方法。別溫度是否相同的方法。12彎管溫度計(jì)彎管溫度計(jì)13三三. . 溫標(biāo)（溫標(biāo)（temperature scaletemperature scale） （一）（一） 溫標(biāo)的建立、經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)溫標(biāo)的建立、經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo) (1) (1) 溫標(biāo)溫標(biāo) 要定量地確定溫度的數(shù)值，還必須給出溫要定量地確定溫度的數(shù)值，還必須給出溫度的數(shù)值表示法度的數(shù)值表示法溫標(biāo)。溫標(biāo)。 (2) (2) 經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)（經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)（empirical temperature scaleempirical temperatu

8、re scale）任何物質(zhì)的任何屬性，只要它隨冷熱程度發(fā)生單調(diào)任何物質(zhì)的任何屬性，只要它隨冷熱程度發(fā)生單調(diào)的、較顯著的改變，就可用來計(jì)量溫度。的、較顯著的改變，就可用來計(jì)量溫度。 例如，在固定壓強(qiáng)下液體（或氣體）的體積，在例如，在固定壓強(qiáng)下液體（或氣體）的體積，在固定體積下氣體的壓強(qiáng)，以及金屬絲電阻或低溫下固定體積下氣體的壓強(qiáng)，以及金屬絲電阻或低溫下半導(dǎo)體的電阻等都隨溫度單調(diào)地、較顯著地變化。半導(dǎo)體的電阻等都隨溫度單調(diào)地、較顯著地變化。 從這一意義上來理解，可有各種各樣的溫度計(jì)，從這一意義上來理解，可有各種各樣的溫度計(jì)，也可有各種各樣的溫標(biāo)也可有各種各樣的溫標(biāo). .這類溫標(biāo)稱為經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)。這類溫

9、標(biāo)稱為經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)。 14 經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)包含三個(gè)要素：經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)包含三個(gè)要素：（1 1）選擇某種測(cè)溫物質(zhì)，確定它的測(cè)溫屬性（例如水）選擇某種測(cè)溫物質(zhì)，確定它的測(cè)溫屬性（例如水銀的體積隨溫度變化）；銀的體積隨溫度變化）； （2 2）選定固定點(diǎn)）選定固定點(diǎn) 對(duì)于水銀溫度計(jì)，若選用攝氏溫標(biāo)（由瑞典天文學(xué)家對(duì)于水銀溫度計(jì)，若選用攝氏溫標(biāo)（由瑞典天文學(xué)家攝爾修斯攝爾修斯CelsicusCelsicus, ,于于17421742年建立），則以冰的正常熔年建立），則以冰的正常熔點(diǎn)定為點(diǎn)定為0,0,水的正常沸點(diǎn)定為水的正常沸點(diǎn)定為100100） ； （3 3）進(jìn)行分度，即對(duì)測(cè)溫屬性隨溫度的變化關(guān)系作出）進(jìn)行分度，即對(duì)測(cè)

10、溫屬性隨溫度的變化關(guān)系作出規(guī)定（攝氏溫標(biāo)規(guī)定規(guī)定（攝氏溫標(biāo)規(guī)定00到到100100間等分為間等分為100100小格，每小格，每一小格為一小格為11）。）。 1516經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)的缺陷：選擇不同測(cè)量物質(zhì)或不同測(cè)溫經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)的缺陷：選擇不同測(cè)量物質(zhì)或不同測(cè)溫 屬性所確定的經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)并不嚴(yán)格一致（除固定點(diǎn)的屬性所確定的經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)并不嚴(yán)格一致（除固定點(diǎn)的溫度外，其它點(diǎn)溫度都不相同）溫度外，其它點(diǎn)溫度都不相同）。 17 （二）理想氣體溫標(biāo)（二）理想氣體溫標(biāo)以氣體為測(cè)溫物質(zhì)，利用理想氣體狀態(tài)方程中體以氣體為測(cè)溫物質(zhì)，利用理想氣體狀態(tài)方程中體積（或壓強(qiáng)）不變時(shí)壓強(qiáng)（或體積）與溫度成正比積（或壓強(qiáng)）不變時(shí)壓強(qiáng)（或體積）

11、與溫度成正比關(guān)系所確定的溫標(biāo)稱為理想氣體溫標(biāo)。關(guān)系所確定的溫標(biāo)稱為理想氣體溫標(biāo)。 理想氣體溫標(biāo)是根據(jù)氣體在極低壓強(qiáng)下所遵從的理想氣體溫標(biāo)是根據(jù)氣體在極低壓強(qiáng)下所遵從的普遍規(guī)律來確定的，是利用氣體溫度來定標(biāo)的。普遍規(guī)律來確定的，是利用氣體溫度來定標(biāo)的。 氣體溫度計(jì)分為定體及定壓氣體溫度計(jì)兩種。氣體溫度計(jì)分為定體及定壓氣體溫度計(jì)兩種。 定體氣體溫度計(jì)（定體氣體溫度計(jì)（Constant volume gas Constant volume gas thermometerthermometer） 18圖圖1.6 1.6 定體氣體溫度計(jì)定體氣體溫度計(jì)19 定體氣體溫度計(jì)的分度是如此規(guī)定的：定體氣體溫度計(jì)

12、的分度是如此規(guī)定的： 設(shè)設(shè)T T（P P）表示定體氣體溫度計(jì)與待測(cè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡）表示定體氣體溫度計(jì)與待測(cè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡時(shí)的溫度數(shù)值，由理想氣體定律知時(shí)的溫度數(shù)值，由理想氣體定律知 T T( ( p p )= )= pVpV0 0 / / R R ( (其中其中V V0 0不變不變) )（1.11.1） 設(shè)該氣體溫度計(jì)在水的三相點(diǎn)時(shí)壓強(qiáng)為設(shè)該氣體溫度計(jì)在水的三相點(diǎn)時(shí)壓強(qiáng)為 p ptrtr，則，則 p ptrtr= = ( ( R / VR / V0 0) )273.16273.16 K K （1.21.2） 可見可見 p ptrtr僅是該溫泡內(nèi)氣體摩爾數(shù)的函數(shù)，故僅是該溫泡內(nèi)氣體摩爾數(shù)的函數(shù)，

13、故 p ptrtr即表示氣即表示氣體質(zhì)量多少，體質(zhì)量多少， 進(jìn)一步將（進(jìn)一步將（1.21.2）式代入）式代入(1.1(1.1）式可知，氣體溫度計(jì)在壓強(qiáng)）式可知，氣體溫度計(jì)在壓強(qiáng)為為 p p 時(shí)測(cè)出的溫度為時(shí)測(cè)出的溫度為 ( (體積不變體積不變) )(1.3(1.3） KpppTtr16.273)(20 理想氣體是只有在理想氣體是只有在 p pt tr r00，即當(dāng)溫泡內(nèi)氣體質(zhì)，即當(dāng)溫泡內(nèi)氣體質(zhì)量趨于零時(shí)的氣體，故還應(yīng)在（量趨于零時(shí)的氣體，故還應(yīng)在（1.31.3）式中加上）式中加上極限條件極限條件 trpppKpTtrlim016.273)(實(shí)際上在實(shí)際上在 p ptrtr00時(shí)，由于溫泡內(nèi)氣體

14、質(zhì)量已時(shí)，由于溫泡內(nèi)氣體質(zhì)量已趨于零，溫泡在被測(cè)溫度所顯示的壓強(qiáng)趨于零，溫泡在被測(cè)溫度所顯示的壓強(qiáng)p p也趨也趨于零，似乎失去了測(cè)溫手段的價(jià)值。于零，似乎失去了測(cè)溫手段的價(jià)值。21氣體溫度計(jì)定標(biāo)實(shí)驗(yàn)可以如下進(jìn)行：氣體溫度計(jì)定標(biāo)實(shí)驗(yàn)可以如下進(jìn)行： 在同一溫泡中先后充入不同質(zhì)量的同一氣體，在同一溫泡中先后充入不同質(zhì)量的同一氣體， 然后測(cè)出不同質(zhì)量氣體分別在水的三相點(diǎn)及然后測(cè)出不同質(zhì)量氣體分別在水的三相點(diǎn)及待測(cè)溫度（例如水的正常沸點(diǎn)）時(shí)的壓強(qiáng)待測(cè)溫度（例如水的正常沸點(diǎn)）時(shí)的壓強(qiáng) p ptrtr和和p. p. 由由KpppTtr16.273)( 定出所對(duì)應(yīng)的定出所對(duì)應(yīng)的T T（p p）, ,然后作出然

15、后作出 T( pT( p)- )- p pt tr r圖形，將曲線延拓到圖形，將曲線延拓到 p pt rt r00時(shí)的數(shù)值就時(shí)的數(shù)值就是所測(cè)出的溫度。如圖所示。是所測(cè)出的溫度。如圖所示。 2223嚴(yán)格滿足理想氣體條件的氣體溫度計(jì)所測(cè)出嚴(yán)格滿足理想氣體條件的氣體溫度計(jì)所測(cè)出的水在正常沸點(diǎn)時(shí)的溫度的水在正常沸點(diǎn)時(shí)的溫度 373.15K373.15K。 由上圖可以看到，在由上圖可以看到，在 p p trtr不趨于零時(shí)，充不趨于零時(shí)，充有不同種類的氣體的氣體溫度計(jì)的有不同種類的氣體的氣體溫度計(jì)的T T（p p）不）不同，說明它們還不是理想氣體，同，說明它們還不是理想氣體， 只有在只有在 p ptrtr

16、00時(shí)四條曲線才會(huì)聚一點(diǎn)。這時(shí)四條曲線才會(huì)聚一點(diǎn)。這時(shí)的數(shù)值時(shí)的數(shù)值373.15K373.15K才是由氣體溫度計(jì)所定出的才是由氣體溫度計(jì)所定出的理想氣體溫標(biāo)理想氣體溫標(biāo). . 24例題例題 如左圖所示是低溫測(cè)量中如左圖所示是低溫測(cè)量中的一種氣體溫度計(jì)。下端的一種氣體溫度計(jì)。下端A是測(cè)溫是測(cè)溫泡，上端泡，上端B是壓力計(jì)，兩者通過導(dǎo)是壓力計(jì)，兩者通過導(dǎo)熱性能差的德銀毛細(xì)管熱性能差的德銀毛細(xì)管C相連。毛相連。毛細(xì)管很細(xì)，其體積比起細(xì)管很細(xì)，其體積比起A的容積的容積VA和和B的容積的容積VB來可以忽略。測(cè)量時(shí)，來可以忽略。測(cè)量時(shí)，先把溫度計(jì)在室溫先把溫度計(jì)在室溫T0下充氣到壓強(qiáng)下充氣到壓強(qiáng)P0，加以密

17、封，然后將，加以密封，然后將A浸入待測(cè)浸入待測(cè)物質(zhì)（通常是液化了的氣體）。設(shè)物質(zhì)（通常是液化了的氣體）。設(shè)A內(nèi)氣體與待測(cè)物質(zhì)達(dá)到平衡后，內(nèi)氣體與待測(cè)物質(zhì)達(dá)到平衡后，B的讀數(shù)為的讀數(shù)為p,且且VA ,VB , p0, T0已知，試已知，試求待測(cè)溫度。求待測(cè)溫度。VAMABCVBmT0T0T25例例1.11.1ABCVAMVBmT0T0T如圖所示，若測(cè)得此時(shí)B的壓強(qiáng)讀數(shù)為p，求待測(cè)溫度T。解：解：RMMTVpmA00RMmTVpmB00RMmMTpVmARMmmTpVmB0000()()ABABp VVVVpTTT解得：0000/1(1)AppTTVpVp26（三（三) ) 攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)攝氏

18、溫標(biāo)、華氏溫標(biāo) 在攝氏溫標(biāo)建立之前，在攝氏溫標(biāo)建立之前，17141714年德國物理學(xué)家華倫海年德國物理學(xué)家華倫海特（特（FahrenhitFahrenhit）也是利用了水銀體積隨溫度變化）也是利用了水銀體積隨溫度變化的屬性，建立了華氏溫標(biāo)（的屬性，建立了華氏溫標(biāo)（“t t F F”表示），這是表示），這是世界上第一個(gè)經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)。世界上第一個(gè)經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)。 他把氯化氨、冰、水混合物的熔點(diǎn)為他把氯化氨、冰、水混合物的熔點(diǎn)為00，冰正常，冰正常熔點(diǎn)為熔點(diǎn)為3232，并作均勻分度，由此定出水的正常沸，并作均勻分度，由此定出水的正常沸點(diǎn)為點(diǎn)為212212。 攝氏溫標(biāo)與華氏溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)與華氏溫標(biāo)t t間的換算關(guān)

19、系為間的換算關(guān)系為 FCttoF0325927FttCF032590t t是攝氏溫標(biāo)是攝氏溫標(biāo))(8 . 10KRTTRRFtTFR0067.459T TR R是蘭（金）氏溫標(biāo)是蘭（金）氏溫標(biāo)汽點(diǎn)三相點(diǎn)冰點(diǎn)絕對(duì)零度英美等國使用671.67491.69491.670TRR蘭氏溫標(biāo)英美等國使用212.0032.0232.00-459.67tFF華氏溫標(biāo)國際通用100.000.010.00-273.15tC攝氏溫標(biāo)國際通用T=T373.15273.16273.150TK熱力學(xué)溫度通用情況與熱力學(xué)溫度的關(guān)系固定點(diǎn)的溫度值符號(hào)單位溫度15.2730KTCt67.459590KTFtTTR8 . 1282

20、93031 ( ( 四）四） 熱力學(xué)溫標(biāo)（熱力學(xué)溫標(biāo)（Thermodynamics Thermodynamics temperature scaletemperature scale）從溫標(biāo)三要素知，選擇不同測(cè)溫物質(zhì)或不同測(cè)溫從溫標(biāo)三要素知，選擇不同測(cè)溫物質(zhì)或不同測(cè)溫屬性所確定的溫標(biāo)不會(huì)嚴(yán)格一致。屬性所確定的溫標(biāo)不會(huì)嚴(yán)格一致。 事實(shí)上也找不到一種經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)事實(shí)上也找不到一種經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo). .不能把測(cè)溫范不能把測(cè)溫范圍從絕對(duì)零度覆蓋到任意溫度。圍從絕對(duì)零度覆蓋到任意溫度。 應(yīng)引入一種不依賴測(cè)溫物質(zhì)、測(cè)溫屬性的溫標(biāo)。應(yīng)引入一種不依賴測(cè)溫物質(zhì)、測(cè)溫屬性的溫標(biāo)。 正因?yàn)樗c測(cè)溫物質(zhì)及測(cè)溫屬性無關(guān)，它已不是正

21、因?yàn)樗c測(cè)溫物質(zhì)及測(cè)溫屬性無關(guān)，它已不是經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)，因而稱為絕對(duì)溫標(biāo)或稱熱力學(xué)溫標(biāo)。經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)，因而稱為絕對(duì)溫標(biāo)或稱熱力學(xué)溫標(biāo)。 32 國際上規(guī)定熱力學(xué)溫標(biāo)為基本溫標(biāo)，一國際上規(guī)定熱力學(xué)溫標(biāo)為基本溫標(biāo)，一切溫度測(cè)量最終都以熱力學(xué)溫標(biāo)為準(zhǔn)。切溫度測(cè)量最終都以熱力學(xué)溫標(biāo)為準(zhǔn)。雖然熱力學(xué)溫標(biāo)只是一種理想化的溫標(biāo)，雖然熱力學(xué)溫標(biāo)只是一種理想化的溫標(biāo)， 但它卻與理想氣體溫標(biāo)是一致的。但它卻與理想氣體溫標(biāo)是一致的。 只要在理想氣體溫標(biāo)適用的范圍內(nèi)，熱只要在理想氣體溫標(biāo)適用的范圍內(nèi)，熱力學(xué)溫標(biāo)就可通過理想氣體溫標(biāo)來實(shí)現(xiàn)。力學(xué)溫標(biāo)就可通過理想氣體溫標(biāo)來實(shí)現(xiàn)。 33（五）國際實(shí)用溫標(biāo)（五）國際實(shí)用溫標(biāo)（Intern

22、ational International Practical Temperature ScalePractical Temperature Scale） 在理想氣體溫標(biāo)能適用的范圍內(nèi)，熱力學(xué)溫標(biāo)在理想氣體溫標(biāo)能適用的范圍內(nèi)，熱力學(xué)溫標(biāo)常以精密的氣體溫度計(jì)作為它的標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)。常以精密的氣體溫度計(jì)作為它的標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)。 但實(shí)際測(cè)量中要使氣體溫度計(jì)達(dá)到高精度很不但實(shí)際測(cè)量中要使氣體溫度計(jì)達(dá)到高精度很不容易，它需要復(fù)雜的技術(shù)設(shè)備與優(yōu)良的實(shí)驗(yàn)條件，容易，它需要復(fù)雜的技術(shù)設(shè)備與優(yōu)良的實(shí)驗(yàn)條件，還要考慮許多煩雜的修正因素。還要考慮許多煩雜的修正因素。 另外，在高溫時(shí)氣體溫度計(jì)常失去其使用價(jià)另外，在高溫時(shí)氣體

23、溫度計(jì)常失去其使用價(jià)值。值。 34 為了能更好地統(tǒng)一國際間的溫度測(cè)量，以便各為了能更好地統(tǒng)一國際間的溫度測(cè)量，以便各國自己能較方便地進(jìn)行精確的溫度計(jì)量，有必要國自己能較方便地進(jìn)行精確的溫度計(jì)量，有必要制定一種國際實(shí)用溫標(biāo)。制定一種國際實(shí)用溫標(biāo)。 國際實(shí)用溫標(biāo)是國際間協(xié)議性的溫標(biāo)。國際實(shí)用溫標(biāo)是國際間協(xié)議性的溫標(biāo)。 目前使用的是目前使用的是19901990年國際溫標(biāo)（年國際溫標(biāo)（IPTS-90IPTS-90），。），。 國際實(shí)用溫標(biāo)（國際實(shí)用溫標(biāo)（19901990）可分別以熱力學(xué)溫度）可分別以熱力學(xué)溫度T T9090及攝氏及攝氏t t9090表示。表示。 KCTt/15.2730909035國際

24、實(shí)用溫標(biāo)國際實(shí)用溫標(biāo)實(shí)用溫度實(shí)用溫度計(jì)簡介計(jì)簡介膨脹測(cè)溫法：玻璃液體溫度計(jì)、膨脹測(cè)溫法：玻璃液體溫度計(jì)、 雙金屬溫度計(jì)雙金屬溫度計(jì)壓力測(cè)溫法：壓力表式溫度計(jì)、壓力測(cè)溫法：壓力表式溫度計(jì)、 蒸汽壓溫度計(jì)蒸汽壓溫度計(jì)電磁學(xué)測(cè)溫法：電阻溫度計(jì)、溫差熱電偶溫度計(jì)、電磁學(xué)測(cè)溫法：電阻溫度計(jì)、溫差熱電偶溫度計(jì)、 半導(dǎo)體溫度計(jì)、頻率溫度計(jì)半導(dǎo)體溫度計(jì)、頻率溫度計(jì)輻射測(cè)溫法輻射測(cè)溫法聲學(xué)測(cè)溫法：聲學(xué)溫度計(jì)聲學(xué)測(cè)溫法：聲學(xué)溫度計(jì)36 國際實(shí)用溫標(biāo)（IPTS），是一個(gè)國際協(xié)議性溫標(biāo)，它與熱力學(xué)溫標(biāo)相接近，而且復(fù)現(xiàn)精度高，使用方便。國際計(jì)量委員會(huì)在18屆國際計(jì)量大會(huì)第七號(hào)決議授權(quán)予1989年會(huì)議通過了1990年國際

25、溫標(biāo)ITS-90。371. 溫度單位熱力學(xué)溫度（符號(hào)為T）是基本物理量，它的單位為開爾文（符號(hào)為K），定義為水三相點(diǎn)的熱力學(xué)溫度的1/273.16。由于以前的溫標(biāo)定義中，使用了與273.15K（冰點(diǎn)）的差值來表示溫度，因此現(xiàn)在仍保留這種方法。根據(jù)定義，攝氏度的大小等于開爾文，溫差亦可以用攝氏度或開爾文來表示。國際溫標(biāo)ITS-90同時(shí)定義國際開爾文溫度(符號(hào)為T90)和國際攝氏溫度(符號(hào)為t90)382. 國際溫標(biāo)ITS-90的通則 ITS-90由0.65K向上到普朗克輻射定律使用單色輻射實(shí)際可測(cè)量的最高溫度。ITS-90是這樣制訂的，即在全量程中，任何溫度的T90值非常接近于溫標(biāo)采納時(shí)T的最佳

26、估計(jì)值，與直接測(cè)量熱力學(xué)溫度相比，T90的測(cè)量要方便得多，而且更為精密，并具有很高的復(fù)現(xiàn)性。 393. ITS-90的定義第一溫區(qū)為0.65K到5.00K之間, T90由3He和4He的蒸氣壓與溫度的關(guān)系式來定義。第二溫區(qū)為3.0K到氖三相點(diǎn)(24.5661K)之間T90是用氦氣體溫度計(jì)來定義. 第三溫區(qū)為平衡氫三相點(diǎn)(13.8033K)到銀的凝固點(diǎn)(961.78)之間,T90是由鉑電阻溫度計(jì)來定義.它使用一組規(guī)定的定義固定點(diǎn)及利用規(guī)定的內(nèi)插法來分度. 銀凝固點(diǎn)(961.78)以上的溫區(qū),T90是按普朗克輻射定律來定義的,復(fù)現(xiàn)儀器為光學(xué)高溫計(jì)。 4041,(,)( ,)0iiii miiii

27、mTT p Vf T p V或 物態(tài)方程物態(tài)方程平衡態(tài)平衡態(tài) 把處于平衡態(tài)的某種物質(zhì)的熱力學(xué)參量（如壓強(qiáng)、體積、溫度）把處于平衡態(tài)的某種物質(zhì)的熱力學(xué)參量（如壓強(qiáng)、體積、溫度）之間所滿足的函數(shù)關(guān)系稱為該物質(zhì)的之間所滿足的函數(shù)關(guān)系稱為該物質(zhì)的物態(tài)方程物態(tài)方程或稱或稱狀態(tài)方程狀態(tài)方程。一、理想氣體物態(tài)方程一、理想氣體物態(tài)方程1、玻意耳定律、玻意耳定律一定質(zhì)量的氣體，溫度不變一定質(zhì)量的氣體，溫度不變 PV=C注意：（注意：（1）溫度不變，）溫度不變，PV為一常數(shù)；溫度改變，常數(shù)也要改變?yōu)橐怀?shù)；溫度改變，常數(shù)也要改變 （2）P不太大，不太大，T要不太低時(shí)適用；要不太低時(shí)適用； P越低，遵守得越好。越低

28、，遵守得越好。 42理想氣體物態(tài)方程可由理想氣體溫標(biāo)的定義和理想氣體物態(tài)方程可由理想氣體溫標(biāo)的定義和玻意耳定律導(dǎo)出。玻意耳定律導(dǎo)出。由理想氣體溫標(biāo)定義，體積不變時(shí)，溫度與壓強(qiáng)成正比，即由理想氣體溫標(biāo)定義，體積不變時(shí)，溫度與壓強(qiáng)成正比，即 Tap設(shè)系統(tǒng)起初處在由設(shè)系統(tǒng)起初處在由 表示的平衡態(tài)，后來處在由表示的平衡態(tài)，后來處在由 表示的平衡態(tài)。表示的平衡態(tài)。111(,)p V T222(,)p V T系統(tǒng)由初態(tài)變到末態(tài)的過程設(shè)想為：先保持體積系統(tǒng)由初態(tài)變到末態(tài)的過程設(shè)想為：先保持體積V1 不變，而不變，而改變壓強(qiáng)和溫度，變到由改變壓強(qiáng)和溫度，變到由 表示的狀態(tài)，然后保持表示的狀態(tài)，然后保持溫度溫度

29、 不變，改變壓強(qiáng)和體積，成為不變，改變壓強(qiáng)和體積，成為 的狀態(tài)。的狀態(tài)。這三個(gè)態(tài)可在這三個(gè)態(tài)可在P-V圖中表示出來。圖中表示出來。 12(,)p V T2T222(,)p V T4344 由理想溫標(biāo)的定義所以由玻意耳定律由以上幾式可得表明：一定質(zhì)量的理想氣體，不管處在什么狀態(tài)，它的壓強(qiáng)與體積之積與溫度之比是一個(gè)常數(shù)，該常數(shù)顯然與質(zhì)量有關(guān)。式可表示成112Ta pTa p211TppT 122p Vp V1 12212pVp VTTpVCT對(duì)1mol的理想氣體，體積為 ，則式可表示成mVmpVRT45根據(jù)阿伏伽德羅定律，溫度和壓強(qiáng)相等的1mol任何氣體，都具有相同的體積，故上式中的R是一個(gè)與氣體

30、性質(zhì)無關(guān)的常數(shù)，稱為摩爾氣體常數(shù)。如果壓強(qiáng)的單位用大氣壓（atm), 摩爾體積的單位用升摩爾-1(Lmol-1),其它量的單位不變，則摩爾氣體常數(shù)R的值為：因?yàn)槿魏螝怏w在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（壓強(qiáng)為 溫度為273.15K）時(shí)的體積為22.414L, 所以51.01325 10 Pa531111.013251022.41 10273.158.314418.31RJmolKJmolKJmolK21218.20568 108.21 10Ratm molKatm molK46令一摩爾氣體的常量為令一摩爾氣體的常量為R R，則得，則得 p Vp Vm m= =RTRT式中式中 R R = 8.31 J= 8.31

31、Jmolmol-1-1K K-1-1，稱為普適氣體常量。，稱為普適氣體常量。 RTVpTVp222111從玻意耳定律、查理（從玻意耳定律、查理（CharlesCharles）定律及）定律及蓋蓋呂薩克（呂薩克（Gay-LussacGay-Lussac）定律，也可得）定律，也可得到一定質(zhì)量的理想氣體有到一定質(zhì)量的理想氣體有 47 若氣體質(zhì)量不是若氣體質(zhì)量不是1 mol1 mol而是而是 m m，氣體摩爾質(zhì)量，氣體摩爾質(zhì)量是是M Mm m , ,并把并把 m / Mm / Mm m 稱為氣體物質(zhì)的量（即摩爾稱為氣體物質(zhì)的量（即摩爾數(shù)），數(shù)）， pVpVm m = = (m / Mm / Mm m )

32、 )RTRT 這就是理想氣體物態(tài)方程。這就是理想氣體物態(tài)方程。 能嚴(yán)格滿足理想氣體物態(tài)方程的氣體被稱為理想能嚴(yán)格滿足理想氣體物態(tài)方程的氣體被稱為理想氣體，這是從宏觀上對(duì)什么是理想氣體作出的定氣體，這是從宏觀上對(duì)什么是理想氣體作出的定義。義。 483. 3. 混合理想氣體物態(tài)方程混合理想氣體物態(tài)方程 從從下圖下圖看到，在看到，在p p00時(shí)，各種氣體之間的差異已時(shí)，各種氣體之間的差異已趨消失。趨消失。 這說明只要?dú)怏w能滿足理想氣體條件，不管它是這說明只要?dú)怏w能滿足理想氣體條件，不管它是什么化學(xué)成分，理想氣體物態(tài)方程仍適用。什么化學(xué)成分，理想氣體物態(tài)方程仍適用。 若氣體由若氣體由 1 1摩爾摩爾A

33、 A 種氣體，種氣體， 2 2 摩爾摩爾 B B 種氣體種氣體等等 n n 種理想氣體混合而成，則混合氣體總的壓強(qiáng)種理想氣體混合而成，則混合氣體總的壓強(qiáng) p p 與混合氣體的體積與混合氣體的體積 V V、溫度、溫度 T T 間應(yīng)有如下關(guān)系：間應(yīng)有如下關(guān)系： pVpV=(=(v v1 1+ +v v2 2+ + +v vn n) )RTRT (1.12) (1.12) (1.12) (1.12)式稱為混合理想氣體物態(tài)方程。式稱為混合理想氣體物態(tài)方程。 由（由（1.121.12）式可得）式可得 4950 式中的式中的 p p1 1, p, p2 2, , , ,p pn n分別是在容器中把其它氣體

34、分別是在容器中把其它氣體都排走以后，僅留下第都排走以后，僅留下第i i ( (i i=1,2=1,2，n n) ) 種種 氣體時(shí)氣體時(shí)的壓強(qiáng)，稱為第的壓強(qiáng)，稱為第i i種氣體的分壓種氣體的分壓 稱為混合理想氣體分壓定律，稱為混合理想氣體分壓定律， 這是英國科學(xué)家道爾頓（這是英國科學(xué)家道爾頓（DaltonDalton）于）于18021802年在實(shí)年在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的。它與理想氣體方程一樣，只有在壓強(qiáng)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的。它與理想氣體方程一樣，只有在壓強(qiáng)趨于零時(shí)才準(zhǔn)確地成立。趨于零時(shí)才準(zhǔn)確地成立。 32121pppVRTVRTVRTpn51525354555657585960614.非理想氣體（真實(shí)氣體）的狀態(tài)

35、方程 我們知道，理想氣體是實(shí)際氣體趨于零的近似，因而實(shí)際氣體的狀態(tài)方程不會(huì)與理想氣體的狀態(tài)方程相同。 可以預(yù)見，在通常壓強(qiáng)和溫度下，可近似用理想氣體的狀態(tài)方程處理實(shí)際問題。但在高壓和低溫的條件下，理想氣體的行為與實(shí)際氣體相差甚遠(yuǎn)。為得到描述實(shí)際氣體性質(zhì)和行為的狀態(tài)方程，必須修改理想氣體的狀態(tài)方程。62 非理想氣體狀態(tài)方程的兩種類型：1.可對(duì)氣體的結(jié)構(gòu)作一些簡化假設(shè)后推導(dǎo)出來。 典型代表是范德瓦耳斯方程。特點(diǎn)：形式簡單，物理意義清楚，有一定 普遍性和概括性。實(shí)際應(yīng)用時(shí)結(jié)果 不精確。632.占多數(shù)的經(jīng)驗(yàn)和半經(jīng)驗(yàn)狀態(tài)方程。 典型代表是昂內(nèi)斯方程。特點(diǎn)：形式復(fù)雜，適用范圍小， 準(zhǔn)確性高，實(shí)際價(jià)值大！6

36、41.1.范德瓦耳斯方程（范德瓦耳斯方程（Van der WaalsVan der Waals equation equation of stateof state）它是范德瓦耳斯和克勞修斯（它是范德瓦耳斯和克勞修斯（Clausius)考慮到考慮到實(shí)際氣體分子間吸力和斥力的作用，把理想實(shí)際氣體分子間吸力和斥力的作用，把理想氣體狀態(tài)方程加以修正得到的。氣體狀態(tài)方程加以修正得到的。RTbVVapmm)(2對(duì)一摩爾氣體，范德瓦耳斯方程為對(duì)一摩爾氣體，范德瓦耳斯方程為65式中的a和b被稱作范德瓦耳斯氣體常數(shù)。mV是 氣體的摩爾體積mmVMm將V 代入，得任意質(zhì)量的范德瓦耳斯氣體狀態(tài)方程為如果氣體的質(zhì)量

37、為m，摩爾質(zhì)量為mM2mmmmammpVbRTMVMM666768 范氏方程雖然比理想氣體方程進(jìn)了一步，但范氏方程雖然比理想氣體方程進(jìn)了一步，但它仍然是個(gè)近似方程。它仍然是個(gè)近似方程。 例如對(duì)于例如對(duì)于0 00 0C C、100100大氣壓的氮?dú)?，其誤差僅大氣壓的氮?dú)?，其誤差僅2%2%；但；但0 00 0C C的的COCO2 2，壓強(qiáng)達(dá)，壓強(qiáng)達(dá)1010大氣壓時(shí)方程已不適大氣壓時(shí)方程已不適用。用。 一般說來，壓強(qiáng)不是很高一般說來，壓強(qiáng)不是很高 （如（如5atm5atm以下），以下），溫度不是太低的很多真實(shí)氣體，范氏方程是很溫度不是太低的很多真實(shí)氣體，范氏方程是很好的近似。好的近似。 69 范德瓦耳斯方程是所有真實(shí)氣體方程中最簡范德瓦耳斯方程是所有真實(shí)氣體方程中最簡單、使用最方便的一個(gè)。單、使用最方