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绝对温标

已有 2665 次阅读 2018-6-7 09:10 |个人分类:物理学史|系统分类:教学心得

科学家或者工程师是什么?就是用绝对温标而不是摄氏温标的人。

绝对温标绝对零度在初中物理教材里就介绍了。博主清楚地记得,整个初中,博主都困惑于最低温度的存在。我们日常生活中并没有“冷”存在极限的迹象啊?这个困惑很多年后才被解开。热的本质是运动嘛,运动快温度高,运动慢温度低,而慢的极限就是静止不动,就是绝对零度对应的状态。

绝对温标的构想是Lord Kelvin于1848年提出的。

在那之前,各种温度计,也就是各种温标已经存在很久了。这些温度计一般依赖于某种具体的物质,比如水银。其制作原理无非基于物质的热胀冷缩。取两个确定的温度(比如冰水混合物的温度和沸水的温度)分别赋予其值为t1和t2,在这两个温度下,物质的体积分别记为V1和V2,然后定义温度t为物质体积V的线性函数。

这是何等幼稚的做法。

在这样的温标下,我们大概只能说一个温度为50度的物体比一个温度为40度的物体温度更高,而不能做任何更定量的论断。

而且按照这种原理制定的温标,彼此之间的对应关系可能非常复杂。即便都把冰水混合物定义为0度,沸水定义为100度,水银温度计给出的50度与酒精温度计给出的50度几乎可以肯定地讲对应不同的温度。具体而言,取一盆水其温度让水银温度计指在50度,取另一盆水让酒精温度计指在50度,很有可能这两盆水不在热平衡。

所以我们需要有一个脱离于具体物质的,具有更多意义的温标。

在carnot提出他的热机后,这成为可能了,因为carnot热机的效率与工作物质无关与热库物质无关,只与热库的温度有关。我们可以根据工作在两个热库之间的carnot热机的效率来定义它们的相对温度。这就是kelvin的洞见。

他的文章在这里:

kelvin1848.pdf

Fermi在他的热力学教材里有个简单的推导:

当然了,carnot热机只是存在于大家的想象中,无法真实实现,所以不可能真利用carnot热机来构建绝对温标。kelvin得找一个更现实的办法。具体他是怎么做的,博主精力学识有限,不甚了解,有兴趣的可以挖一挖。  



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4 徐令予 陆展鹏 王安良 尤明庆

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