7.4《溫度和溫標(biāo)》課件

復(fù)習(xí)鞏固 1 分子間的作用力有什么特點(diǎn) 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(shí)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(biāo) 閱讀課文 回答以下問(wèn)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(biāo)是如何定義的 5 如何確定溫標(biāo) 1 系統(tǒng) 物理學(xué)中 把所研究的對(duì)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(wèn)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(xué)性質(zhì) 系統(tǒng)的壓強(qiáng) 受力 表面張力 熱學(xué)性質(zhì) 系統(tǒng)溫度 電磁性質(zhì) 系統(tǒng)在電場(chǎng) 磁場(chǎng)作用下的性質(zhì) 如電場(chǎng)強(qiáng)度 磁感應(yīng)強(qiáng)度等 2 氣體的狀態(tài)參量 1 溫度 2 體積 3 壓強(qiáng) 熱學(xué)性質(zhì) 幾何性質(zhì) 力學(xué)性質(zhì) 問(wèn)題2 什么是平衡態(tài) 對(duì)于一個(gè)封閉系統(tǒng) 在經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)的時(shí)間 系統(tǒng)各部分的狀態(tài)參量會(huì)達(dá)到穩(wěn)定 不隨時(shí)間變化 我們說(shuō)系統(tǒng)達(dá)到了平衡態(tài) 動(dòng)態(tài)的平衡 問(wèn)題3 什么是熱平衡和熱平衡定律 1 熱平衡 如果兩個(gè)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(guò)一段時(shí)間后 狀態(tài)參量不再變化 達(dá)到了相同的溫度 我們就說(shuō)兩個(gè)系統(tǒng)達(dá)到了熱平衡 兩個(gè)系統(tǒng)達(dá)是通過(guò)熱傳遞熱達(dá)到的平衡 甲T甲 只要兩個(gè)系統(tǒng)在接觸時(shí)它們的狀態(tài)不發(fā)生變化 就說(shuō)這兩個(gè)系統(tǒng)原來(lái)就處于熱平衡 2 熱力學(xué)第零定律 熱平衡定律 如果兩個(gè)系統(tǒng)分別與第三個(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡 那么這兩個(gè)系統(tǒng)也必定處于熱平衡 若系統(tǒng)A C達(dá)到熱平衡若系統(tǒng)B C達(dá)到熱平衡A和B也是處于熱平衡 問(wèn)題4 溫度和溫標(biāo)是如何定義的 1 溫度 一切達(dá)到熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度 溫度是決定一個(gè)系統(tǒng)與另一個(gè)系統(tǒng)是否達(dá)到熱平衡狀態(tài)的物理量 兩個(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡時(shí)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(gè)系統(tǒng)與另一個(gè)系統(tǒng)是否達(dá)到熱平衡狀態(tài)的物理量標(biāo)志物體內(nèi)部分子無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的劇烈程度 微觀上 2 溫標(biāo) 定量描述溫度的方法叫溫標(biāo) 建立一種溫標(biāo)的三要素 選擇測(cè)溫物質(zhì) 水銀 鉑 氣體 熱電偶 確定測(cè)溫屬性 體積 電阻 壓強(qiáng) 電動(dòng)勢(shì) 選定溫度零點(diǎn)和分度方法 體積與溫度成線性變化 溫標(biāo)種類 攝氏溫標(biāo) 攝氏度t 單位 0C 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的熔點(diǎn)為零度 沸水為100度 期間分為100等份 熱力學(xué)溫標(biāo) 熱力學(xué)溫度T 單位 開爾文K 七個(gè)基本物理量之一T 273 15 t K T t 說(shuō)明 溫度的國(guó)際制單位是開爾文 符號(hào)為K 在今后各種相關(guān)熱力學(xué)計(jì)算中 一定要牢記將溫度單位轉(zhuǎn)換為熱力學(xué)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(yuǎn)的 一般情況下 0K是低溫的極限 只能無(wú)限接近 但不能達(dá)到 華氏溫標(biāo)華氏溫標(biāo)的溫度tF與t之間的關(guān)系 tF 32 9 5t單位 F 華氏溫標(biāo)在歐美使用非常普遍 攝氏溫標(biāo)在亞洲使用較多 科學(xué)研究中多使用絕對(duì)溫標(biāo) 例1 在熱學(xué)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(gè)氣體分子的運(yùn)動(dòng)速率B 壓強(qiáng)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(gè)氣體分子的運(yùn)動(dòng)速率是微觀量 不是氣體的宏觀狀態(tài)參量 氣體的壓強(qiáng) 體積 溫度分別是從力學(xué) 幾何 熱學(xué)三個(gè)角度對(duì)氣體的性質(zhì)進(jìn)行的宏觀描述 是確定氣體宏觀狀態(tài)的三個(gè)狀態(tài)參量 顯然B C D選項(xiàng)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(wèn)當(dāng)經(jīng)過(guò)充分長(zhǎng)時(shí)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(shí) 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(shí)際應(yīng)用中 常用到一種雙金屬溫度計(jì) 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(shí) 其彎曲程度會(huì)增大 則下列各種相關(guān)敘述中正確的有 雙金屬溫度計(jì)圖7 4 1 A 該溫度計(jì)的測(cè)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(jì)是利用測(cè)溫物質(zhì)熱脹冷縮的性質(zhì)來(lái)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(jì)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(lái)工作的 A B選項(xiàng)是正確的 圖7 4一l左圖中 加熱時(shí) 雙金屬片彎曲程度增大 即進(jìn)一步向上彎曲 說(shuō)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(xiàng)正確 圖7 4 1右圖中 溫度計(jì)示數(shù)是順時(shí)針?lè)较蛟龃?說(shuō)明當(dāng)溫度升高時(shí)溫度計(jì)指針順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng) 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(xiàng)是錯(cuò)誤的 攝氏溫標(biāo)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(yàn)溫標(biāo) 過(guò)去曾被廣泛使用 攝氏溫標(biāo)以水沸點(diǎn) 101 325Pa壓力下水和水蒸氣之間的平衡溫度 為100度和冰點(diǎn) 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(biāo)的兩個(gè)固定點(diǎn) 攝氏溫標(biāo)采用玻璃汞溫度計(jì)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(diǎn)與冰點(diǎn)之間的汞柱的高度差等分為100格 1格對(duì)應(yīng)于1度 攝氏溫標(biāo) 1954年第10屆國(guó)際計(jì)量大會(huì) CGPM 決定采用水三相點(diǎn)一個(gè)固定點(diǎn)來(lái)定義溫度的單位 冰點(diǎn)已不再是溫標(biāo)的定義固定點(diǎn)了 1967年第13屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)決議定義 溫度單位開爾文是水三相點(diǎn)熱力學(xué)溫度的1 273 16 1988年第18屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)及第77屆國(guó)際計(jì)量委員會(huì) CIPM 決議 自1990年始采用 1990年國(guó)際溫標(biāo) 簡(jiǎn)稱ITS 90 ITS 90定義的溫度單位更精確 更容易復(fù)現(xiàn) 我國(guó)自1994年始全面采用這一標(biāo)準(zhǔn) 溫度的單位有了新的 更加精確和科學(xué)的定義以后 考慮到人們長(zhǎng)期以來(lái)的使用習(xí)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(diǎn)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(gè)溫度差要用開爾文溫度來(lái)表示 它的單位稱為攝氏度 符號(hào)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(jì)算起點(diǎn)的溫度 攝氏溫度和開爾文溫度相差一個(gè)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(guò)去人們習(xí)慣使用的攝氏溫標(biāo)溫度很相近 但不相等 與攝氏溫標(biāo)的原定義無(wú)關(guān) 1714年 荷蘭華倫海特 G D Fahrenheit 最初所制的水銀溫度計(jì)是在北愛(ài)爾蘭最冷的某個(gè)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(zhǎng)度均分為100份 每一份叫1度 這就是最初的華氏溫標(biāo) 顯然 認(rèn)定氣溫和人的體溫作為測(cè)溫質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)并在此基礎(chǔ)上分度是不妥當(dāng)?shù)?健康人的體溫在一天之中經(jīng)常波動(dòng) 而且他妻子如果感冒發(fā)燒了怎么辦 華氏溫標(biāo) 后來(lái) 華倫海特改進(jìn)了他創(chuàng)立的溫標(biāo) 把冰 水 氯化銨和氯化鈉的