第四節(jié)溫度和溫標(biāo)(1)2015.4

第四節(jié)溫度和溫標(biāo)

杯子中盛有正在熔化的0℃的冰水混合物，若將其移至0℃的房間，冰和水質(zhì)量各怎樣變化?說(shuō)說(shuō)其中的道理．

思考：初中階段學(xué)習(xí)的熱傳遞方向是怎樣的?若兩個(gè)接觸物體間沒有發(fā)生熱傳遞．這兩個(gè)物體一定具有怎樣的共性?閱讀本章第四節(jié)、解決下面問題：1、系統(tǒng)?狀態(tài)參量?平衡態(tài)?2、熱平衡?熱平衡定律?溫度?3、溫度計(jì),溫標(biāo)?熱力學(xué)溫度?2、狀態(tài)參量：描述物質(zhì)系統(tǒng)狀態(tài)的宏觀物理量叫做狀態(tài)參量．

物理學(xué)中，需要研究系統(tǒng)的各種性質(zhì)，包括幾何性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)、熱學(xué)性質(zhì)、電磁性質(zhì)等等．為了描述系統(tǒng)的狀態(tài)。需要用到一些物理量，例如：用體積描述它的幾何性質(zhì)，用壓強(qiáng)描述力學(xué)性質(zhì)．用溫度描述熱學(xué)性質(zhì)等等第四節(jié)溫度和溫標(biāo)一、平衡態(tài)與狀態(tài)參量1、系統(tǒng)：物理學(xué)中，把所研究的對(duì)象稱為系統(tǒng)。在熱學(xué)中把所研究的由大量分子組成的物體就叫做熱力學(xué)系統(tǒng)。

系統(tǒng)以外的周圍物體稱之為外界或環(huán)境，系統(tǒng)與外界之間往往存在相互的作用．2、熱學(xué)狀態(tài)參量①幾何參量—體積（Ｖ）確定系統(tǒng)的空間范圍。②力學(xué)參量—壓強(qiáng)（Ｐ）確定外界與系統(tǒng)之間或系統(tǒng)內(nèi)部各部分之間的力的作用③熱學(xué)參量溫度（Ｔ）如：某氧氣瓶容積為100L，其內(nèi)氧氣在溫度為20oC時(shí)的氣壓為5atm?！鑼憻釋W(xué)系統(tǒng)狀態(tài)的物理量確定系統(tǒng)冷熱程度。3、平衡態(tài)：系統(tǒng)所有宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間變化，即各狀態(tài)參量不再變化。這種狀態(tài)稱之為平衡態(tài)．

一個(gè)熱學(xué)系統(tǒng)，在沒有外界影響的情況下，只要經(jīng)過足夠長(zhǎng)的時(shí)間，系統(tǒng)內(nèi)各部分的狀態(tài)參量會(huì)達(dá)到穩(wěn)定．

熱學(xué)系統(tǒng)所處的平衡態(tài)往往是一種動(dòng)態(tài)的平衡，這種動(dòng)態(tài)平衡性質(zhì)充分說(shuō)明熱運(yùn)動(dòng)是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的一種特殊形式。

用來(lái)描述一個(gè)熱學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)。

例1．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(

)A．每個(gè)氣體分子的運(yùn)動(dòng)速率B．壓強(qiáng)

C．體積D．溫度

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)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B、C、D選項(xiàng)正確．

BCD二、熱平衡與溫度

1、熱平衡：如果兩個(gè)系統(tǒng)相互接觸而傳熱，它們的狀態(tài)參量將會(huì)互相影響而發(fā)生改變，經(jīng)過一段時(shí)間后，兩個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)參量不再變化，說(shuō)明兩個(gè)系統(tǒng)已經(jīng)具有“共同性質(zhì)”—--溫度相同，此時(shí)我們說(shuō)兩個(gè)系統(tǒng)達(dá)到了熱平衡．（用來(lái)描述兩個(gè)系統(tǒng)間的關(guān)系）

熱平衡概念也適用于兩個(gè)原來(lái)沒有發(fā)生過作用的系統(tǒng)．因此可以說(shuō)，只要兩個(gè)系統(tǒng)在接觸時(shí)它們的狀態(tài)不發(fā)生變化，我們就說(shuō)這兩個(gè)系統(tǒng)原來(lái)是處于熱平衡的．

2、熱平衡定律：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)論稱為熱平衡定律。又叫熱力學(xué)第零定律3、溫度兩個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡時(shí)，它們必定具有某個(gè)“共同的熱學(xué)性質(zhì)”。表征這個(gè)“共同熱學(xué)性質(zhì)”的物理量就是溫度。（2）

系統(tǒng)達(dá)到熱平衡的宏觀標(biāo)志就是溫度相同，若溫度不同即系統(tǒng)處于非平衡態(tài)，則系統(tǒng)一定存在著熱交換。

（1）溫度是決定一個(gè)系統(tǒng)與另一個(gè)系統(tǒng)是否達(dá)到熱平衡狀態(tài)的物理量，它的特征就是“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(lái)測(cè)量溫度的基本原理．

應(yīng)用：若溫度計(jì)跟物體A處于熱平衡，它同時(shí)也跟物體B處于熱平衡，根據(jù)熱平衡定律，A的溫度便與B的溫度相等.說(shuō)明

例2、一金屬棒的一端與0℃冰接觸，另一端與100℃水接觸，并且保持兩端冰、水的溫度不變．問當(dāng)經(jīng)過充分長(zhǎng)時(shí)間后，金屬棒所處的狀態(tài)是否為熱平衡態(tài)?為什么?

解析：因金屬棒一端與0℃冰接觸，另一端與100℃水接觸，并且保持兩端冰、水的溫度不變時(shí)，金屬棒兩端溫度始終不相同，雖然金屬棒內(nèi)部溫度分布處于一種從低到高逐漸升高穩(wěn)定狀態(tài)，但其內(nèi)部總存在著沿一定方向的能量交換，所以金屬棒所處的狀態(tài)不是平衡態(tài)．

答案：否，因金屬棒各部分溫度不相同，存在能量交換．三、溫度計(jì)與溫標(biāo)

1、溫標(biāo)：定量描述溫度的方法叫做溫標(biāo)

溫標(biāo)的建立包含三個(gè)要素：①選擇溫度計(jì)中用于測(cè)量溫度的物質(zhì)，即測(cè)溫物質(zhì)；②對(duì)測(cè)溫物質(zhì)的測(cè)溫屬性隨溫度變化規(guī)律的定量關(guān)系作出某種規(guī)定；③確定溫度的零點(diǎn)和分度方法．（1）攝氏溫標(biāo)(t)：標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的熔點(diǎn)為0oC標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的沸點(diǎn)為100oC在0oC與100oC之間等分成100等份，每份算做1oC２、攝氏溫標(biāo)和攝氏溫度（2）攝氏溫度：用攝氏溫標(biāo)表示的溫度叫做攝氏溫度。單位是：攝氏度，“oC”2、熱力學(xué)溫度(T)．

(1)定義：熱力學(xué)溫標(biāo)表示的溫度叫做熱力學(xué)溫度，它是國(guó)際單位制中七個(gè)基本物理量之一。(2)熱力學(xué)溫標(biāo):-273.15oC

為熱力學(xué)零度，(3)單位開爾文，簡(jiǎn)稱開，符號(hào)為K．

(4)熱力學(xué)溫標(biāo)與熱力學(xué)溫度T的關(guān)系：T＝t+273.15K

(5)說(shuō)明①攝氏溫標(biāo)的單位“℃”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，符號(hào)為K．在今后各種相關(guān)熱力學(xué)計(jì)算中，一定要牢記將溫度單位轉(zhuǎn)換為熱力學(xué)溫度即開爾文；②由T＝t+273.15K可知，物體溫度變化l℃與變化lK的變化量是等同的，但物體所處狀態(tài)為l℃與lK是相隔甚遠(yuǎn)的；③一般情況下，

T＝t+273K?T=?t（4）熱力學(xué)溫度是國(guó)際單位制中七個(gè)基本物理量之一，

例3實(shí)際應(yīng)用中，常用到一種雙金屬溫度計(jì)．它是利用銅片與鐵片鉚合在一起的雙金屬片的彎曲程度隨溫度變化的原理制成的，如圖7—4—1所示．已知左圖中雙金屬片被加熱時(shí)，其彎曲程度會(huì)增大，則下列各種相關(guān)敘述中正確的有

(

)雙金屬溫度計(jì)圖7－4－1

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(lái)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)D．由右圖可知，其雙金屬層的內(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(lái)工作的，A、B選項(xiàng)是正確的．圖7－4一