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熱力學溫標的定義要用到熱力學第二定律,我們先直接引用,在之后的篇幅里面再進行嚴格的證明。熱力學溫標給出一個絕對零度,這個最低的溫度只能無限接近,不能達到(即熱力學第三定律)。
在國際溫標中,熱力學溫度T的單位是開爾文(Kelvin),簡稱kai ,符號為K,定義為水的三相點的熱力學溫度的1/2716。這樣水的冰點是2715K,由此來定義攝氏度:
t/℃=T/K-2715
攝氏溫度的單位是攝氏度,與開爾文相等,它的符號為℃。
我們在前文物態(tài)方程中使用的溫度都是熱力學溫度。
理想氣體溫標示意圖
熱力學溫標定義的溫度僅僅是理論上,實驗上難以實現(xiàn)。等容氣體溫度計測量溫度的原理是利用理想氣體的物態(tài)方程
pV=nRT,T=pV/nR
氣體充氣在氣泡中,氣泡的體積為V0,保持不變,氣泡與待測溫度的物體保持很好的熱接觸,充氣量n是已知的,只要測定氣體壓強p,就尅知道溫度T,但是此時得到的溫度還不是我們所要求的,因用的是理想氣體的物態(tài)方程,所以奧使p→0。在實驗上可以逐步減小充氣量n,測定逐步降低的壓強p,從p1,p2,p3,……可以得到T1,T2,T3,……,在p—T圖上畫出一條直線延長至p→0,在溫度軸上的焦點就是待測溫度“T”。
攝氏溫標建立在熱力學溫標之前,以是的冰點為0℃,誰的沸點為100℃,中間等分。攝氏溫度的符號為t,單位為℃。在1966年,國際計量大會對攝氏溫標重新定義,從熱力學溫標導出
t/℃=T/K —2715
通過這種方法,我們就讓攝氏溫標和熱力學溫標一致了。從國際標準上講,只用以上兩個溫標,但是有一些國家還在用另外一種溫標——華氏溫標,它的單位是華氏度,符號為℉,與攝氏溫度的關(guān)系為
tF/℉=9/5 t/℃ + 32
由于用等容氣體溫度計直接實現(xiàn)熱力學溫度在技術(shù)上有很大的難度,只有少數(shù)幾個國家能做到,為了各國有一個都可以接受的一致的測溫標準,從1927年開始國際計量大會就制定了國際溫標,并經(jīng)幾次修改,現(xiàn)在使用的是1990國際溫標。
溫度符號(溫度)
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