七大國際單位之熱力學溫度:開爾文

2021-01-16 新華網客戶端

冬天寒冷,夏天炎熱,是人體對環境溫度的感知。溫度是表示物體冷熱程度的物理量,其本質是物體內分子熱運動平均能量的度量。那如何對這個熱運動進行比較呢?溫度看不見摸不著,沒有質量也沒有形狀,人們通過自身和物體的冷暖差異只能粗略地判斷溫度,而且不完全可靠。比如冬天在戶外用手摸金屬的東西比摸木頭的東西感覺要冷,因此,人們很容易做出金屬比木頭溫度低的判斷。實際上金屬和木頭溫度是一致的,因為它們在同一環境下,與周圍物體的熱傳遞最後溫度會趨於一致。人們感覺到溫度差異是因為金屬比木頭更容易導熱,手的溫度更容易傳到金屬上。

 

 

所以溫度需要科學的定義和準確的數值來表示。用來度量物體溫度數值的標尺叫溫標。目前國際上統一採用的是熱力學溫度,也稱熱力學溫標,熱力學溫度建立在卡諾循環上,它與測溫性質無關,是最科學最嚴格的溫標。熱力學溫度由開爾文定義,符號T,單位K(開爾文,簡稱開),是七大國際單位之一。1954年,第十屆國際計量大會上正式定義熱力學溫度單位為開氏度(oK)。1967年,第十三屆國際計量大會決定將其改為開爾文(K)。開爾文以絕對零度(0K)為最低溫度,並將水的三相點的溫度規定為273.16K,開爾文定義為:水的三相點熱力學溫度的1/273.16。三相點是一種物質三相(氣相,液相,固相)共存的一個溫度和壓強的數值。

除了開氏溫標,目前生活中我們常用的還有華氏溫標、攝氏溫標。

華氏溫標是由德國人華倫海特提出來的,以F為單位。華氏溫標把冰、水、氯化銨和氯化鈉的混合物的熔點定為0°F,把冰的熔點定為32°F,把水的沸點定為212°F,將32°F至212°F之間的溫度範圍均分為180等份,每一等份即為1°F。這樣,參考點就有了較為準確客觀的依據。

攝氏溫標,符號為t,以℃為單位。攝氏溫標用水銀作為測溫介質,並認定水銀柱的長度與溫度呈線性相關。將冰的熔點定為0℃,將水的沸點定為100℃,將0℃至100℃之間的溫度範圍均分成100等份,每一等份即為1℃。攝氏溫標也是我國最為常用的溫度表徵方式。

開氏溫標和攝氏溫標的分度間隔是一致的,兩者在數值上僅相差一個常數,數值關係式表示為T=t+273.15。冰水混合物的溫度0℃即是273.15K,而絕對零度0K轉化為攝氏溫標就是-273.15℃。

2018年,第二十六屆國際計量大會對開爾文進行重新定義,規定開爾文採用玻爾茲曼常數定義,並於2019年5月20日國際計量日正式實施。

本作品為「科普中國-科學原理一點通」原創,轉載時務請註明出處。

作者: 田維   [責任編輯: 李浩]

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