第4節(jié)溫度和溫標(biāo)

1、第四節(jié)第四節(jié) 溫度和溫標(biāo)溫度和溫標(biāo)一、平衡態(tài)與狀態(tài)參量一、平衡態(tài)與狀態(tài)參量1、系統(tǒng)：物理學(xué)中，把所、系統(tǒng)：物理學(xué)中，把所研究的對(duì)象研究的對(duì)象稱為系統(tǒng)稱為系統(tǒng) 系統(tǒng)以外的周圍物體系統(tǒng)以外的周圍物體稱之為外界或環(huán)境，稱之為外界或環(huán)境，系統(tǒng)與外界之間往往存在相互的作用在物理系統(tǒng)與外界之間往往存在相互的作用在物理學(xué)研究中，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部問題，往往采取學(xué)研究中，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部問題，往往采取“隔離隔離”分析方法，對(duì)系統(tǒng)與外界的相互作用問題，往分析方法，對(duì)系統(tǒng)與外界的相互作用問題，往往采取往采取“整體整體”分析的方法分析的方法熱力學(xué)系統(tǒng)熱力學(xué)系統(tǒng)：通常把由大量分子組成的研究對(duì)：通常把由大量分子組成的研究對(duì)象稱為熱力

2、學(xué)系統(tǒng)象稱為熱力學(xué)系統(tǒng)2、狀態(tài)參量、狀態(tài)參量 ： 描述系統(tǒng)狀態(tài)的宏觀物理量描述系統(tǒng)狀態(tài)的宏觀物理量叫做狀態(tài)參量叫做狀態(tài)參量 物理學(xué)中，需要研究系統(tǒng)的各種性質(zhì)，包括物理學(xué)中，需要研究系統(tǒng)的各種性質(zhì)，包括幾何性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)、熱學(xué)性質(zhì)、電磁性質(zhì)等幾何性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)、熱學(xué)性質(zhì)、電磁性質(zhì)等等等描述系統(tǒng)描述系統(tǒng)_的物理量，常用物理量有幾何的物理量，常用物理量有幾何參量參量_、力學(xué)參量、力學(xué)參量_、熱學(xué)參量、熱學(xué)參量_。3、平衡態(tài)：、平衡態(tài)：沒有外界影響的情況下系統(tǒng)所沒有外界影響的情況下系統(tǒng)所有性質(zhì)都不隨時(shí)間有性質(zhì)都不隨時(shí)間變化的穩(wěn)定變化的穩(wěn)定狀態(tài)。狀態(tài)。(1)熱力學(xué)的平衡態(tài)是一種熱力學(xué)的平衡態(tài)是一種動(dòng)態(tài)平

3、衡動(dòng)態(tài)平衡，組成系統(tǒng)，組成系統(tǒng)的分子仍在不停地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，只是分子運(yùn)動(dòng)的的分子仍在不停地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，只是分子運(yùn)動(dòng)的平均效果不隨時(shí)間變化，表現(xiàn)為系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)不平均效果不隨時(shí)間變化，表現(xiàn)為系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間變化。隨時(shí)間變化。(2)平衡態(tài)是一種理想情況，因?yàn)槿魏蜗到y(tǒng)完全平衡態(tài)是一種理想情況，因?yàn)槿魏蜗到y(tǒng)完全不受外界影響是不可能的。系統(tǒng)處于平衡態(tài)時(shí)，由不受外界影響是不可能的。系統(tǒng)處于平衡態(tài)時(shí)，由外界影響，仍可能發(fā)生偏離平衡狀態(tài)的微小變化。外界影響，仍可能發(fā)生偏離平衡狀態(tài)的微小變化。 例例1在熱學(xué)中，要描述一定氣體的宏觀在熱學(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狀態(tài)，需要確定下

4、列哪些物理量( ) A每個(gè)氣體分子的運(yùn)動(dòng)速率每個(gè)氣體分子的運(yùn)動(dòng)速率 B壓強(qiáng)壓強(qiáng) C體積體積 D溫度溫度 解析：描述系統(tǒng)的宏觀狀態(tài)，其參量是宏觀解析：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)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)參量顯然態(tài)參量顯然B、C、D選項(xiàng)正確選項(xiàng)正確 BCD 二、熱平衡與溫度二、熱平衡與溫度

5、 1、熱平衡：兩個(gè)相互接觸的熱力學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)、熱平衡：兩個(gè)相互接觸的熱力學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)參量不再變化，說明兩個(gè)系統(tǒng)已經(jīng)具有了某個(gè)參量不再變化，說明兩個(gè)系統(tǒng)已經(jīng)具有了某個(gè)“共同性質(zhì)共同性質(zhì)”，此時(shí)我們說兩個(gè)系統(tǒng)達(dá)到了熱平，此時(shí)我們說兩個(gè)系統(tǒng)達(dá)到了熱平衡衡 熱平衡概念也適用于熱平衡概念也適用于兩個(gè)原來沒有發(fā)生過兩個(gè)原來沒有發(fā)生過作用作用的系統(tǒng)因此可以說，只要兩個(gè)系統(tǒng)在接的系統(tǒng)因此可以說，只要兩個(gè)系統(tǒng)在接觸時(shí)觸時(shí)它們的狀態(tài)不發(fā)生變化它們的狀態(tài)不發(fā)生變化，我們就說這兩個(gè)，我們就說這兩個(gè)系統(tǒng)原來是處于熱平衡的系統(tǒng)原來是處于熱平衡的 2、熱平衡定律、熱平衡定律(又叫熱力學(xué)第零定律又叫熱力學(xué)第零定律)： 如果兩

6、個(gè)系統(tǒng)分別與第三個(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，那么如果兩個(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)彼此之間也必定處于熱平衡，這個(gè)結(jié)論稱為這兩個(gè)系統(tǒng)彼此之間也必定處于熱平衡，這個(gè)結(jié)論稱為熱平衡定律。熱平衡定律。3、溫度、溫度 兩個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡時(shí)，它們具有一個(gè)兩個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡時(shí)，它們具有一個(gè)“共同性質(zhì)共同性質(zhì)”。我們就把表征這一我們就把表征這一“共同性質(zhì)共同性質(zhì)”的物理量定義為溫度。的物理量定義為溫度。 “一切達(dá)到熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度一切達(dá)到熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度”這就是常用溫度計(jì)能夠用來測(cè)量溫度的基這就是常用溫度計(jì)能夠用來測(cè)量溫度的基本原理本原理 若溫度計(jì)跟物體若溫度計(jì)跟物體A處于熱

7、平衡，它同時(shí)也跟物處于熱平衡，它同時(shí)也跟物體體B處于熱平衡，根據(jù)熱平衡定律，處于熱平衡，根據(jù)熱平衡定律，A的溫度便與的溫度便與B的溫度相等的溫度相等.平衡態(tài)與熱平衡的區(qū)別平衡態(tài)與熱平衡的區(qū)別 平衡態(tài)是對(duì)某一系統(tǒng)而言的，熱平衡是對(duì)平衡態(tài)是對(duì)某一系統(tǒng)而言的，熱平衡是對(duì)兩個(gè)接觸的系統(tǒng)而言的。兩個(gè)接觸的系統(tǒng)而言的。 兩個(gè)溫度不同的物體相互接觸時(shí)，這兩個(gè)兩個(gè)溫度不同的物體相互接觸時(shí)，這兩個(gè)物體組成的系統(tǒng)處于非平衡態(tài)；最終兩個(gè)物體組成的系統(tǒng)處于非平衡態(tài)；最終兩個(gè)系統(tǒng)之間的關(guān)系是熱平衡。系統(tǒng)之間的關(guān)系是熱平衡。 兩個(gè)溫度不同的物體，各自可能處于平衡兩個(gè)溫度不同的物體，各自可能處于平衡態(tài)。態(tài)。1.溫度計(jì)：溫度

8、計(jì)是測(cè)量溫度的工具。溫度計(jì)：溫度計(jì)是測(cè)量溫度的工具。水銀溫度計(jì)、金屬電阻溫度計(jì)、氣體溫度計(jì)、熱電水銀溫度計(jì)、金屬電阻溫度計(jì)、氣體溫度計(jì)、熱電偶溫度計(jì)、雙金屬溫度計(jì)偶溫度計(jì)、雙金屬溫度計(jì)2、溫標(biāo)：、溫標(biāo)：定量描述溫度的方法定量描述溫度的方法叫做溫標(biāo)叫做溫標(biāo) 溫標(biāo)的建立包含三個(gè)要素：溫標(biāo)的建立包含三個(gè)要素：選擇選擇溫度計(jì)中用于測(cè)量溫度的物質(zhì)溫度計(jì)中用于測(cè)量溫度的物質(zhì)，即測(cè)溫物質(zhì)；，即測(cè)溫物質(zhì)；對(duì)對(duì)測(cè)溫物質(zhì)的測(cè)溫屬性隨溫度變化規(guī)律的定量測(cè)溫物質(zhì)的測(cè)溫屬性隨溫度變化規(guī)律的定量關(guān)系關(guān)系作出某種規(guī)定；作出某種規(guī)定；確定確定固定點(diǎn)即溫度的零點(diǎn)和分度方法固定點(diǎn)即溫度的零點(diǎn)和分度方法三、溫度計(jì)與溫標(biāo)三、溫度計(jì)與

9、溫標(biāo) (1)攝氏溫標(biāo)：規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰水混合物的溫度為攝氏溫標(biāo)：規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰水混合物的溫度為0，沸水的溫度為，沸水的溫度為100，在，在0和和100之間分成之間分成100等份，等份，每一等份就是每一等份就是1，這種表示溫度的方法即為攝氏溫標(biāo)，這種表示溫度的方法即為攝氏溫標(biāo)，表示的溫度叫做表示的溫度叫做_攝氏溫度攝氏溫度。 (2)熱力學(xué)溫標(biāo)：規(guī)定攝氏溫標(biāo)的熱力學(xué)溫標(biāo)：規(guī)定攝氏溫標(biāo)的_為零值，為零值，這種表示溫度的方法即為熱力學(xué)溫標(biāo)這種表示溫度的方法即為熱力學(xué)溫標(biāo)，也叫開爾文溫標(biāo)，也叫開爾文溫標(biāo)。熱力學(xué)溫標(biāo)表示的溫度熱力學(xué)溫標(biāo)表示的溫度叫做熱力學(xué)溫度，它是國(guó)際單位叫做熱力學(xué)溫度，它是國(guó)際單

10、位制中七個(gè)基本物理量之一。制中七個(gè)基本物理量之一。 符號(hào)符號(hào): T，單位單位開爾文開爾文，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱開開，符號(hào)為，符號(hào)為K攝氏溫度攝氏溫度t與熱力學(xué)溫度與熱力學(xué)溫度T的關(guān)系：的關(guān)系： Tt+273.15 K 說明說明 攝氏溫度的單位攝氏溫度的單位“”是溫度的常用單位，是溫度的常用單位，但不是國(guó)際制單位，溫度的國(guó)際制單位是開爾文，但不是國(guó)際制單位，溫度的國(guó)際制單位是開爾文，符號(hào)為符號(hào)為K在今后各種相關(guān)熱力學(xué)計(jì)算中，一定在今后各種相關(guān)熱力學(xué)計(jì)算中，一定要牢記要牢記將溫度單位轉(zhuǎn)換為熱力學(xué)溫度即開爾文將溫度單位轉(zhuǎn)換為熱力學(xué)溫度即開爾文； 由由Tt+273.15 K可知，物體可知，物體溫度變化溫度變化l

11、與與變化變化l K的變化量是等同的的變化量是等同的，但物體所處狀態(tài)為，但物體所處狀態(tài)為l與與l K是相隔甚遠(yuǎn)的；是相隔甚遠(yuǎn)的； 一般情況下，一般情況下， Tt+273 KTt 例例3實(shí)際應(yīng)用中，常用到實(shí)際應(yīng)用中，常用到一種雙金屬溫度計(jì)它是一種雙金屬溫度計(jì)它是利用銅片與鐵片鉚合在一利用銅片與鐵片鉚合在一起的雙金屬片的彎曲程度起的雙金屬片的彎曲程度隨溫度變化的原理制成的，隨溫度變化的原理制成的，如圖如圖741所示已知所示已知左圖中雙金屬片被加熱時(shí)，左圖中雙金屬片被加熱時(shí)，其彎曲程度會(huì)增大，則下其彎曲程度會(huì)增大，則下列各種相關(guān)敘列各種相關(guān)敘述中正確述中正確的有的有 ( )雙金屬溫度計(jì)雙金屬溫度計(jì)圖圖

12、741 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)來工作的雙金屬溫度計(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)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，隨溫度變化的原理來工作的，A、B選項(xiàng)是正確選項(xiàng)是正確的圖的圖7 4一一l左圖中加熱時(shí)，雙金屬片彎曲程左圖中加熱時(shí)，雙金屬片彎曲程度增大，即進(jìn)一步向上彎曲，說明雙金屬片下層度增大，即進(jìn)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，熱膨脹系數(shù)較