温和温标.pptx

7.47.4、温度和温标、温度和温标阅读课文阅读课文,回答以下问题回答以下问题:1、什么是系统和状态参量、什么是系统和状态参量?温温度度和和温温标标 2、什么是平衡态、什么是平衡态?3、什么是热平衡和热平衡定律、什么是热平衡和热平衡定律?4、温度和温标是如何定义的、温度和温标是如何定义的?5、如何确定温标、如何确定温标?1 1、系统：物理学中，把所、系统：物理学中，把所研究的对象研究的对象称为系统称为系统 系统以外的周围物体系统以外的周围物体称之为外界或环境，称之为外界或环境，系统与外界之间往往存在相互的作用在物理系统与外界之间往往存在相互的作用在物理学研究中，对系统内部问题，往往采取学研究中，对系统内部问题，往往采取“隔离隔离”分析方法，对系统与外界的相互作用问题，分析方法，对系统与外界的相互作用问题，往往采取往往采取“整体整体”分析的方法分析的方法平平衡衡态态和和状状态态参参量量2、状态参量、状态参量：描述物质系统状态的宏观物描述物质系统状态的宏观物理量理量叫做状态参量叫做状态参量 物理学中，需要研究系统的各种性质，包物理学中，需要研究系统的各种性质，包括几何性质、力学性质、热学性质、电磁性质括几何性质、力学性质、热学性质、电磁性质等等为了描述系统的状态。需要用到一些物等等为了描述系统的状态。需要用到一些物理量，例如：用理量，例如：用体积体积描述它的几何性质，用描述它的几何性质，用压压强强描述力学性质用描述力学性质用温度温度描述热学性质等等描述热学性质等等 平平衡衡态态和和状状态态参参量量3、平衡态：、平衡态：系统所有宏观性质不随时间变化系统所有宏观性质不随时间变化时状态时状态称之为平衡态称之为平衡态 一个物理学系统，在没有外界影响的情况下，一个物理学系统，在没有外界影响的情况下，只要经过足够长的时间，系统内各部分的状态只要经过足够长的时间，系统内各部分的状态参量会达到稳定参量会达到稳定 热学系统所处的平衡态往往是一种热学系统所处的平衡态往往是一种动态的动态的平衡平衡，这种动态平衡性质充分说明热运动是物，这种动态平衡性质充分说明热运动是物质运动的一种特殊形式。质运动的一种特殊形式。平平衡衡态态和和状状态态参参量量 例例1在热学中，要描述一定气体的宏观状在热学中，要描述一定气体的宏观状态，需要确定下列哪些物理量态，需要确定下列哪些物理量()A每个气体分子的运动速率每个气体分子的运动速率 B压强压强 C体积体积 D温度温度 解析：描述系统的宏观状态，其参量是宏解析：描述系统的宏观状态，其参量是宏观量，每个气体分子的运动速率是微观量，不观量，每个气体分子的运动速率是微观量，不是气体的宏观状态参量气体的压强、体积、是气体的宏观状态参量气体的压强、体积、温度分别是从力学、几何、热学三个角度对气温度分别是从力学、几何、热学三个角度对气体的性质进行的宏观描述，是确定气体宏观状体的性质进行的宏观描述，是确定气体宏观状态的三个状态参量显然态的三个状态参量显然B、C、D选项正确选项正确 BCD 平平衡衡态态和和状状态态参参量量1、热平衡：、热平衡：两个系统之间没有隔热材料，它们两个系统之间没有隔热材料，它们相互接触，或者通过导热性能很好的材料接触，相互接触，或者通过导热性能很好的材料接触，这两个系统的状态参量将会互相影响而分别改这两个系统的状态参量将会互相影响而分别改变最后，两个系统的状态参量不再变化，说变最后，两个系统的状态参量不再变化，说明两个系统已经具有了某个明两个系统已经具有了某个“共同性质共同性质”，此，此时我们说两个系统达到了热平衡时我们说两个系统达到了热平衡 热平衡概念也适用于热平衡概念也适用于两个原来没有发生过两个原来没有发生过作用作用的系统因此可以说，只要两个系统在接的系统因此可以说，只要两个系统在接触时触时它们的状态不发生变化它们的状态不发生变化，我们就说这两个，我们就说这两个系统原来是处于热平衡的系统原来是处于热平衡的热热平平衡衡与与温温度度 2、热平衡定律、热平衡定律(又叫热力学第零定律又叫热力学第零定律)：如果两个系统分别与第三个系统达到热平如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定处于热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定处于热平衡，这个结论称为热平衡定律。衡，这个结论称为热平衡定律。3、温度温度 两个系统处于热平衡时，它们具有一个两个系统处于热平衡时，它们具有一个“共同性质共同性质”。我们就把表征这一。我们就把表征这一“共同性质共同性质”的物理量定义为温度。的物理量定义为温度。热热平平衡衡与与温温度度 系统达到热平衡的宏观标志就是温度相同，系统达到热平衡的宏观标志就是温度相同，若温度不同即系统处于非平衡态，则系统一定若温度不同即系统处于非平衡态，则系统一定存在着热交换。存在着热交换。温度是温度是决定一个系统与另一个系统是否达到决定一个系统与另一个系统是否达到热平衡状态热平衡状态的物理量，它的特征就是的物理量，它的特征就是“一切达一切达到热平衡的系统都具有相同的温度到热平衡的系统都具有相同的温度”这就是常这就是常用温度计能够用来测量温度的基本原理用温度计能够用来测量温度的基本原理 若温度计跟物体若温度计跟物体A处于热平衡，它同时也跟处于热平衡，它同时也跟物体物体B处于热平衡，根据热平衡定律，处于热平衡，根据热平衡定律，A的温度的温度便与便与B的温度相等的温度相等.热热平平衡衡与与温温度度 例例2、一金属棒的一端与、一金属棒的一端与0冰接触，另一冰接触，另一端与端与100水接触，并且保持两端冰、水的温度水接触，并且保持两端冰、水的温度不变问当经过充分长时间后，金属棒所处的状不变问当经过充分长时间后，金属棒所处的状态是否为热平衡态态是否为热平衡态?为什么为什么?解析：因金属棒一端与解析：因金属棒一端与0冰接触，另一端与冰接触，另一端与100水接触，并且保持两端冰、水的温度不变水接触，并且保持两端冰、水的温度不变时，金属棒两端温度始终不相同，虽然金属棒内时，金属棒两端温度始终不相同，虽然金属棒内部温度分布处于一种从低到高逐渐升高稳定状态，部温度分布处于一种从低到高逐渐升高稳定状态，但其内部总存在着沿一定方向的能量交换，所以但其内部总存在着沿一定方向的能量交换，所以金属棒所处的状态不是平衡态金属棒所处的状态不是平衡态 答案：否，因金属棒各部分温度不相同，存答案：否，因金属棒各部分温度不相同，存在能量交换在能量交换热热平平衡衡与与温温度度1、温标：、温标：定量描述温度的方法定量描述温度的方法叫做温标叫做温标 温标的建立包含三个要素：温标的建立包含三个要素：选择选择温度计中用于测量温度的物质温度计中用于测量温度的物质，即测温，即测温物质；物质；对对测温物质的测温属性随温度变化规律的定测温物质的测温属性随温度变化规律的定量量关系作出某种规定；关系作出某种规定；确定确定固定点即温度的零点和分度方法固定点即温度的零点和分度方法温温度度计计和和温温标标2、热力学温度、热力学温度 (1)定义：定义：热力学温标表示的温度热力学温标表示的温度叫做热力学温叫做热力学温度，它是国际单位制中七个基本物理量之一。度，它是国际单位制中七个基本物理量之一。(2)符号符号:T，(3)单位单位开尔文开尔文，简称，简称开开，符号为，符号为K(4)热力学温标与热力学温度热力学温标与热力学温度T的关系：的关系：Tt+273.15 K 温温度度计计和和温温标标(5)说明说明 摄氏温标的单位摄氏温标的单位“”是温度的常用单位，是温度的常用单位，但不是国际制单位，温度的国际制单位是开尔但不是国际制单位，温度的国际制单位是开尔文，符号为文，符号为K在今后各种相关热力学计算中，在今后各种相关热力学计算中，一定要牢记一定要牢记将温度单位转换为热力学温度即开将温度单位转换为热力学温度即开尔文尔文；由由Tt+273.15 K可知，物体可知，物体温度变化温度变化l与变化与变化l K的变化量是等同的的变化量是等同的，但物体所处状态，但物体所处状态为为l与与l K是相隔甚远的；是相隔甚远的；一般情况下，一般情况下，Tt+273 K温温度度计计和和温温标标 例例3实际应用中，常用到一种双金属温度计它是利实际应用中，常用到一种双金属温度计它是利用铜片与铁片铆合在一起的双金属片的弯曲程度随温度用铜片与铁片铆合在一起的双金属片的弯曲程度随温度变化的原理制成的，如图变化的原理制成的，如图741所示已知左图中双所示已知左图中双金属片被加热时，其弯曲程度会增大，则下列各种相关金属片被加热时，其弯曲程度会增大，则下列各种相关叙叙述中正确的有述中正确的有 ()双金属温度计双金属温度计图图741 A该温度计的测温物质是铜、铁两种热膨胀系数不同的金属该温度计的测温物质是铜、铁两种热膨胀系数不同的金属B双金属温度计是利用测温物质热胀冷缩的性质来工作的双金属温度计是利用测温物质热胀冷缩的性质来工作的C由左图可知，铜的热膨胀系数大于铁的热膨胀系数由左图可知，铜的热膨胀系数大于铁的热膨胀系数D由右图可知，其双金属征的内层一定为铜外层一定为铁由右图可知，其双金属征的内层一定为铜外层一定为铁ABC 随随堂堂练练习习解析：双金属温度计是利用热膨胀系数不同的解析：双金属温度计是利用热膨胀系数不同的铜、铁两种金属制成的双金属片其弯曲程度随温铜、铁两种金属制成的双金属片其弯曲程度随温度变化的原理来工作的，度变化的原理来工作的，A、B选项是正确的选项是正确的图图7 4一一l左图中加热时，双金属片弯曲程度左图中加热时，双金属片弯曲程度增大，即进一步向上弯曲，说明双金属片下层热增大，即进一步向上弯曲，说明双金属片下层热膨胀系数较大，即铜的热膨胀系数较大，膨胀系数较大，即铜的热膨胀系数较大，C选项选项正确图正确图741右图中，温度计示数是顺时针右图中，温度计示数是顺时针方向增大，说明当温度升高时温度计指针顺时针方向增大，说明当温度升高时温度计指针顺时针方向转动，则其双金属片的弯曲程度在增大，故方向转动，则其双金属片的弯曲程度在增大，故可以推知双金属片的内层一定是铁，外层一定是可以推知双金属片的内层一定是铁，外层一定是铜，铜，D选项是错误的选项是错误的 摄氏温标是瑞典人摄尔修斯（摄氏温标是瑞典人摄尔修斯（A.CelsiusA.Celsius，1701174417011744）在）在17421742年首先提出的一种经验温标，年首先提出的一种经验温标，过去曾被广泛使用。摄氏温标以水沸点过去曾被广泛使用。摄氏温标以水沸点（101?325Pa101?325Pa压力下水和水蒸气之间的平衡温度）压力下水和水蒸气之间的平衡温度）为为100100度和冰点（度和冰点（101?325Pa101?325Pa压力下冰和被空气饱压力下冰和被空气饱和的水之间的平衡温度）为和的水之间的平衡温度）为0 0度作为温标的两个度作为温标的两个固定点。摄氏温标采用玻璃汞温度计作为内插仪固定点。摄氏温标采用玻璃汞温度计作为内插仪器，假定温度和汞柱的高度成正比，即把水沸点器，假定温度和汞柱的高度成正比，即把水沸点与冰点之间的汞柱的高度差等分为与冰点之间的汞柱的高度差等分为100100格，格，1 1格对格对应于应于1 1度。度。摄氏温标摄氏温标19541954年第年第1010届国际计量大会（届国际计量大会（CGPMCGPM）决定采用水）决定采用水三相点一个固定点来定义温度的单位，冰点已不三相点一个固定点来定义温度的单位，冰点已不再是温标的定义固定点了。再是温标的定义固定点了。19671967年第年第1313届国际计届国际计量大会决议定义：温度单位开尔文是水三相点热量大会决议定义：温度单位开尔文是水三相点热力学温度的力学温度的1/273.161/273.16。19881988年第年第1818届国际计量大届国际计量大会及第会及第7777届国际计量委员会（届国际计量委员会（CIPMCIPM）决议，自）决议，自19901990年始采用年始采用“19901990年国际温标（简称年国际温标（简称ITS-ITS-9090）”。ITS-90ITS-90定义的温度单位更精确，更容易定义的温度单位更精确，更容易复现。我国自复现。我国自19941994年始全面采用这一标准。年始全面采用这一标准。温度的单位有了新的、更加精确和科学的定义以后，温度的单位有了新的、更加精确和科学的定义以后，考虑到人们长期以来的使用习惯，仍然保留摄氏温考虑到人们长期以来的使用习惯，仍然保留摄氏温度这一名词，但它有了新的意义。某一热状态的摄度这一名词，但它有了新的意义。某一热状态的摄氏温度，就是用它与一特定的热状态（比水三相点氏温度，就是用它与一特定的热状态（比水三相点温度低温度低0.01?K0.01?K的热状态，即的热状态，即0 0摄氏度）之间的温度摄氏度）之间的温度差所表示的温度。这个温度差要用开尔文温度来表差所表示的温度。这个温度差要用开尔文温度来表示。它的单位称为摄氏度，符号为示。它的单位称为摄氏度，符号为。因此，摄氏。因此，摄氏温度是从开尔文温度导出的，是以温度是从开尔文温度导出的，是以0 0摄氏度作为计摄氏度作为计算起点的温度。摄氏温度和开尔文温度相差一个常算起点的温度。摄氏温度和开尔文温度相差一个常数，彼此可以互相换算：数，彼此可以互相换算：t/t/T/KT/K273.15273.15。由。由此，摄氏温度有了新的定义。在数值上，它与过去此，摄氏温度有了新的定义。在数值上，它与过去人们习惯使用的摄氏温标温度很相近，但不相等，人们习惯使用的摄氏温标温度很相近，但不相等，与摄氏温标的原定义无关。与摄氏温标的原定义无关。1714年年,荷兰荷兰华伦海特华伦海特(GDFahrenheit)(GDFahrenheit)最初所最初所制的水银温度计是在北爱尔兰最冷的某个冬日，制的水银温度计是在北爱尔兰最冷的某个冬日，水银柱降到最低的高度定为零度；把他妻子的体水银柱降到最低的高度定为零度；把他妻子的体温定为温定为100100度，然后再把这段区间的长度均分为度，然后再把这段区间的长度均分为100100份，每一份叫份，每一份叫1 1度。这就是最初的华氏温标。度。这就是最初的华氏温标。显然，认定气温和人的体温作为测温质的标准点显然，认定气温和人的体温作为测温质的标准点并在此基础上分度是不妥当的。健康人的体温在并在此基础上分度是不妥当的。健康人的体温在一天之中经常波动，而且他妻子如果感冒发烧了一天之中经常波动，而且他妻子如果感冒发烧了怎么办？怎么办？华氏温标华氏温标后来，华伦海特改进了他创立的温标，把冰、水、后来，华伦海特改进了他创立的温标，把冰、水、氯化铵和氯化钠的混合物的熔点定为零度，以氯化铵和氯化钠的混合物的熔点定为零度，以0F0F表示之，把冰的熔点定为表示之，把冰的熔点定为32F32F，把水的，把水的沸沸点点定为定为212F212F，在，在3221232212的间隔内均分的间隔内均分180180等分，等分，这样，参考点就有了较为准确的客观依据。这就这样，参考点就有了较为准确的客观依据。这就是现在仍在许多国家使用的是现在仍在许多国家使用的华氏温标华氏温标，华氏温标，华氏温标确定之后，就有了华氏温度确定之后，就有了华氏温度(指示数指示数)。华氏温标在欧美使用非常普遍，摄氏华氏温标在欧美使用非常普遍，摄氏温标在亚洲使用较多温标在亚洲使用较多，科学研究中多使用科学研究中多使用绝对温标。绝对温标。