【高中物理】溫度和溫標(biāo) 課件 高二下學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修第三冊

2.1

溫度和溫標(biāo)

熱學(xué)研究的內(nèi)容人類生活和生產(chǎn)中，熱現(xiàn)象以及對熱現(xiàn)象的利用幾乎是無處不在的。熱現(xiàn)象的表現(xiàn)之一：物體和環(huán)境都有冷熱之分。熱現(xiàn)象的表現(xiàn)之二：在物質(zhì)變化過程中，往往伴隨著熱的變化。熱現(xiàn)象的表現(xiàn)之三：物質(zhì)的相互作用也能引起熱的變化。本章，我們將從宏觀的角度學(xué)習(xí)熱學(xué)知識與相關(guān)現(xiàn)象。1.狀態(tài)參量與平衡態(tài)

狀態(tài)參量熱的變化會導(dǎo)致物質(zhì)許多相關(guān)特性的變化，用相應(yīng)的物理量描述這些特性，并根據(jù)物理實(shí)驗(yàn)的結(jié)果用數(shù)學(xué)邏輯將這些物理量相關(guān)聯(lián)，就構(gòu)成了熱學(xué)理論體系的基礎(chǔ)。體積：各種形態(tài)的物質(zhì)，當(dāng)溫度改變時(shí)，體積也隨之改變。壓強(qiáng)：若體積的變化受到某種限制，則溫度的變化會導(dǎo)致壓強(qiáng)的變化。溫度：即冷熱的程度。為了衡量并比較冷熱程度，必須要有一套量化的溫度標(biāo)定體系，即溫標(biāo)。高中階段，我們將主要研究上述物理量之間的關(guān)系。平衡態(tài)、熱力學(xué)第零定律一個(gè)不受外界影響的系統(tǒng)，各種宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間變化的狀態(tài)叫作平衡態(tài)。只有處于平衡態(tài)的系統(tǒng)才有確定的狀態(tài)參量。熱力學(xué)第零定律：如果兩個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)中的每一個(gè)都與第三個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)處于熱平衡態(tài)，則它們彼此之間也必定處于熱平衡態(tài)。熱力學(xué)第零定律為溫度概念的建立提供了物理基礎(chǔ)。處于熱平衡態(tài)的所有熱力學(xué)系統(tǒng)一定具有某種共同的宏觀性質(zhì)，這個(gè)決定系統(tǒng)熱平衡的宏觀性質(zhì)就是溫度。2.計(jì)溫學(xué)的發(fā)展

溫度計(jì)的設(shè)計(jì)與制造物質(zhì)的許多物理性質(zhì)都會隨著溫度而變化，例如體積、壓強(qiáng)、電阻、溫差電動勢等。如果上述性質(zhì)隨溫度的變化是單向的，則這些物質(zhì)可被當(dāng)作測溫物質(zhì)，測溫物質(zhì)隨溫度變化的性質(zhì)就是測溫屬性。1603年，伽利略制成最早的驗(yàn)溫計(jì)：一只頸部極細(xì)的玻璃長頸瓶，倒置于盛水容器中，瓶中裝有一半帶顏色的水。隨溫度變化，瓶中空氣膨脹或收縮。1631年，法國化學(xué)家詹?雷伊(JeanRey,1582-1630)把伽利略的細(xì)長頸瓶倒了過來，直接用水的體積的變化來表示冷熱程度，但管口未密封，水不斷蒸發(fā)，誤差也較大。1650年，意大利費(fèi)迪南二世(G.D.FerdinandⅡ)用蠟封住管口，在瓶內(nèi)裝上紅色的酒精，并在玻璃瓶細(xì)長頸上刻上刻度，制成現(xiàn)代形式的第一支溫度計(jì)。1659年法國天文學(xué)家伊斯梅爾?博里奧(IsmaelBuolliau)制造了第一支用水銀作為測溫物質(zhì)的溫度計(jì)。伽利略溫度計(jì)測溫物質(zhì)的選擇和標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)的確定德國的格里凱（Guericke)曾提出以馬德堡地區(qū)的初冬和盛夏的溫度為定點(diǎn)溫度；佛羅倫薩的院士們選擇了雪或冰的溫度為一個(gè)定點(diǎn)，?；蚵沟捏w溫為另一個(gè)定點(diǎn)；1665年，惠更斯建議把水的凝固溫度和沸騰溫度作為兩個(gè)固定點(diǎn)；1703年，牛頓把雪的熔點(diǎn)定為自己制作的亞麻子油溫度計(jì)的零度，把人體溫度作為12度等等。華倫海特(GabrielDanileFahrenheit，1686-1736，德國玻璃工人，遷居荷蘭)制造了第一支實(shí)用溫度計(jì)：他把冰、水、氨水和鹽的混合物平衡溫度定為0F，冰的熔點(diǎn)定為32F，人體的溫度為96F，1724年，他又把水的沸點(diǎn)定為212F。后來稱其為華氏溫標(biāo)。列奧米爾(Reaumur,1683-1757,法國)以酒精和1/5的水的混合物作為測溫物質(zhì)，1730年制作的酒精溫度計(jì)，取水的冰點(diǎn)為0R，使酒精體積增加1/1000的溫度變化作為10R，這樣水的沸點(diǎn)即為80R，稱為列氏溫標(biāo)。攝爾修斯(AndersCelsius,1701-1744,瑞典天文學(xué)家)，用水銀作為測溫物質(zhì)，以水的沸點(diǎn)為0C冰的熔點(diǎn)為100C，中間100個(gè)等分。8年后接受了同事施特默爾（M.Stromer）的建議，把兩個(gè)定點(diǎn)值對調(diào)過來。稱為攝氏溫標(biāo)。至1779年全世界共有溫標(biāo)19種。高溫測量荷蘭的馬森布羅克(Musschenbrock)在1747年利用金屬桿的熱脹冷縮性質(zhì)制造了金屬溫度計(jì)；本世紀(jì)八十年代，韋奇武德(J.Wedgwood)用耐火土塊的線度變化制成了量度爐溫的高溫計(jì)。測溫物質(zhì)的尋找，促進(jìn)了對物體熱膨脹的研究。計(jì)溫學(xué)的發(fā)展和完善，也進(jìn)一步促進(jìn)了實(shí)驗(yàn)熱學(xué)研究的進(jìn)展。3.熱力學(xué)溫標(biāo)

19世紀(jì)50年代，開爾文注意到：既然卡諾熱機(jī)與工作物質(zhì)無關(guān)，那么我們就可以確定一種溫標(biāo)，使它不依賴于任何物質(zhì)，這種溫標(biāo)比根據(jù)氣體定律建立的溫標(biāo)更具有優(yōu)越性據(jù)此，1854年，開爾文(威廉.湯姆遜)提出開氏溫標(biāo)，T=272.3+t。又稱熱力學(xué)溫標(biāo)，它與測溫物質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)，即任何測溫物質(zhì)按這種溫標(biāo)定出的溫度數(shù)值都是一樣的。1954年國際計(jì)量大會決定將水的三相點(diǎn)的熱力學(xué)溫度定為273.16K。熱力學(xué)溫標(biāo)的0K相當(dāng)于-273.15℃。此溫度下，水銀、酒精等液體早已成為固態(tài)所以這樣的溫標(biāo)其實(shí)是用氣體作為測溫物質(zhì)通過測量氣體的體積或壓強(qiáng)隨溫度的變化來標(biāo)定溫度的為了不使氣體