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热物理学

温度与温标

温度表征热状态;摄氏、开尔文和华氏温标可由固定点关联。

温度表示冷热程度,并决定自发热流方向:由高温处流向低温处。

T=tC+273.15,qquadtF=\ rac95tC+32T = t_C + 273.15, \\qquad t_F = \ rac{9}{5}t_C + 32

定义: 开尔文温标

开尔文温标从绝对零度起算,1 K 的温差等于 1 ℃。TT 表示开尔文温度,tCt_C 表示摄氏温度。

调节温度并比较三种温标;水的沸点随压强而变。

基准点与换算

在 1 atm 下,纯水于 0 ℃ = 273.15 K = 32 ℉ 凝固,于 100 ℃ = 373.15 K = 212 ℉ 沸腾。摄氏温度为负时,开尔文温度仍可能为正。

例题: 温度换算

将 25 ℃ 换算为开尔文和华氏。

解答

T=25+273.15=298.15T=25+273.15=298.15 K;tF=77t_F=77 ℉。

快速检测

温标为可重复的热状态赋予数值。摄氏温度换算为开尔文时加 273.15;但温差在两种温标上的数值相同。华氏温标的刻度间隔不同,5 ℃ 的变化对应 9 ℉。读温度计时,应等待它与物体达到热平衡,并区分温度和热量:温度是状态量,热量则是因温差而传递的能量。水的凝固点和沸点只是在标准大气压附近的参考值;高海拔处气压较低,水的沸点也较低。物理公式使用开尔文,是因为绝对零度为热力学温度提供自然零点,并不表示物质在那里真的完全静止。

记录测量结果时,应同时写数值和温标,例如 20 ℃ 或 293.15 K;省略温标就无法有意义地比较数值。在摄氏温标中,20 ℃ 并不表示温度是 10 ℃ 的两倍;气体定律中有意义的是绝对温度之比。户外测量空气温度时,应避免温度计受到阳光直射,因为吸收辐射会使仪器温度高于周围空气。

20 ℃ 等于多少 K?

升高 4 ℃ 相当于升高多少 K?

参考文献

  1. Halliday, Resnick, Walker (2014). Fundamentals of Physics