第四節(jié)溫度和溫標(biāo)第一頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日一、狀態(tài)參量與平衡態(tài)1、熱力學(xué)系統(tǒng)：熱力學(xué)研究中的研究對(duì)象，一般由大量分子組成。系統(tǒng)以外與系統(tǒng)發(fā)生相互作用的其他物質(zhì)統(tǒng)稱(chēng)為外界或環(huán)境熱力學(xué)系統(tǒng)外界（環(huán)境）為了描述系統(tǒng)的狀態(tài)而用到的物理量稱(chēng)為系統(tǒng)的狀態(tài)參量。如溫度、體積、壓強(qiáng)等。結(jié)合運(yùn)動(dòng)物體的狀態(tài)參量來(lái)說(shuō)。第二頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日一個(gè)物理學(xué)系統(tǒng)，在沒(méi)有外界影響的情況下，只要經(jīng)過(guò)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。第三頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日冷空氣3、平衡態(tài)：沒(méi)有外界影響的情況下，系統(tǒng)中各部分的狀態(tài)參量都達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)。否則就是非平衡態(tài)。兩個(gè)溫度不同的物體相互接觸，一開(kāi)始，兩者均處于非平衡態(tài)，經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)一段時(shí)間后，兩者溫度穩(wěn)定下來(lái)，就都達(dá)到了平衡態(tài)。注意：①平衡態(tài)是一種理想情況，因?yàn)槿魏蜗到y(tǒng)完全不受外界影響是不可能的。②類(lèi)似于化學(xué)平衡，熱力學(xué)系統(tǒng)達(dá)到的平衡態(tài)也是一種動(dòng)態(tài)平衡。③系統(tǒng)內(nèi)部沒(méi)有物質(zhì)流動(dòng)和能量流動(dòng)。④處于平衡態(tài)的系統(tǒng)各處溫度相等，但溫度各處相等的系統(tǒng)未必處于平衡態(tài)。在有外界作用時(shí)，系統(tǒng)中各部分也可能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，但并非為平衡態(tài)。平衡態(tài)對(duì)應(yīng)的是無(wú)外界影響下的狀態(tài)。重力影響算是外界影響嗎？杯中的水一開(kāi)始有外界影響，但是穩(wěn)定后就不對(duì)其產(chǎn)生影響了？由于分子做無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)，在這樣的條件下達(dá)到的平衡往往整體平衡局部不平衡，且達(dá)到的平衡態(tài)具有一定的不穩(wěn)定性，存在一定的起伏。這樣的平衡稱(chēng)為動(dòng)態(tài)平衡。熱水熱水溫空氣熱水溫水非平衡態(tài)平衡態(tài)200C200C第四頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日例1、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(wèn)當(dāng)經(jīng)過(guò)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?答案：否，因金屬棒各部分溫度不相同，存在能量交換．金屬棒0度恒溫100度恒溫3、平衡態(tài)：沒(méi)有外界影響的情況下，系統(tǒng)中各部分的狀態(tài)參量都達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)。平衡態(tài)：系統(tǒng)內(nèi)部沒(méi)有物質(zhì)流動(dòng)和能量流動(dòng)。第五頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日若兩個(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。2.熱平衡定律(熱力學(xué)第零定律)二、熱平衡與溫度金屬棒冷水熱水金屬棒溫水溫水1.（傳）熱平衡:若兩個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)彼此接觸，而其狀態(tài)參量都不變化（即沒(méi)有發(fā)生熱傳遞），我們就說(shuō)這兩個(gè)系統(tǒng)達(dá)到了熱平衡。AB握手也沒(méi)發(fā)生熱傳遞。AC握手，沒(méi)有發(fā)生熱傳遞。那么BC握手，有熱傳遞嗎？真空真空金屬棒溫水2溫水1金屬棒溫水3溫水1金屬棒溫水3溫水23.溫度：表征互為熱平衡的各系統(tǒng)的“共同熱學(xué)性質(zhì)”的物理量為什么溫度計(jì)可以用來(lái)比較不同物體的溫度呢？互為熱平衡的各系統(tǒng)具有相同的溫度。同樣，具有相同溫度的系統(tǒng)也必然處于熱平衡狀態(tài)。真空若兩個(gè)系統(tǒng)分別與第三個(gè)系統(tǒng)沒(méi)有熱傳遞，那么這兩個(gè)系統(tǒng)彼此之間也必定沒(méi)有熱傳遞。真空的目的是讓參與傳遞的系統(tǒng)僅有兩個(gè)。是接觸而不是融為一體200C200C第六頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日三、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)

建立一種溫標(biāo)的三要素：①首先要確定物質(zhì)②其次，確定該測(cè)溫物質(zhì)隨溫度變化物理量③第三，選定參考點(diǎn)（即規(guī)定分度的方法）。水銀溫度計(jì)——水銀的熱膨脹電阻溫度計(jì)——金屬電阻隨溫度變化氣體溫度計(jì)——?dú)怏w壓強(qiáng)隨溫度變化熱電偶溫度計(jì)——不同導(dǎo)體因溫差產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的大小第七頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日2、熱力學(xué)溫度．(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)符號(hào):

T，(3)單位開(kāi)爾文，簡(jiǎn)稱(chēng)開(kāi)，符號(hào)為K．

(4)熱力學(xué)溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)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(kāi)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(kāi)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；第八頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日[例2]．(對(duì)應(yīng)要點(diǎn)一)關(guān)于熱平衡，下列說(shuō)法正確的是(

)A．系統(tǒng)甲與系統(tǒng)乙達(dá)到熱平衡就是它們的溫度達(dá)到相同的數(shù)值B．標(biāo)準(zhǔn)狀況下冰水混合物與0℃的水未達(dá)到熱平衡C．量體溫時(shí)溫度計(jì)需和身體接觸十分鐘左右是為了讓溫度計(jì)跟身體達(dá)到熱平衡D．冷熱程度相同的兩系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài)互為熱平衡的各系統(tǒng)具有相同的溫度。同樣，具有相同溫度的系統(tǒng)也必然處于熱平衡狀態(tài)。ACD第九頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日

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()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，其雙金屬征的內(nèi)層一定為銅．外層一定為鐵ABC固第十頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日[例4]關(guān)于平衡態(tài)和熱平衡，下列說(shuō)法中正確的有(

)A．只要溫度不變且處處相等，系統(tǒng)就一定處于平衡態(tài)B．兩個(gè)系統(tǒng)在接觸時(shí)它們的狀態(tài)不發(fā)生變化，這兩個(gè)系統(tǒng)原來(lái)的溫度是相等的C．熱平衡就是平衡態(tài)D．處于熱平衡的幾個(gè)系統(tǒng)的溫度一定相等左右容器是等量的氣體，中間是絕熱隔板。P0T2P0TNNBD容器絕熱，左右兩部分裝有等量氣體，中間是導(dǎo)熱板。3、平衡態(tài)：沒(méi)有外界影響的情況下，系統(tǒng)中各部分的狀態(tài)參量都達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)。否則就是非平衡態(tài)。200C200C第十一頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日

例5．在熱學(xué)中，要描述一定氣體的宏觀(guān)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(guān)狀態(tài)，其參量是宏觀(guān)量，每個(gè)氣體分子的運(yùn)動(dòng)速率是微觀(guān)量，不是氣體的宏觀(guān)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(guān)描述，是確定氣體宏觀(guān)狀態(tài)的三個(gè)狀態(tài)參量．顯然B、C、D選項(xiàng)正確．BCD第十二頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日

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l左圖中．加熱時(shí)，雙金屬片彎曲程度增大，即進(jìn)一步向上彎曲，說(shuō)明雙金屬片下層熱膨脹系數(shù)較大，即銅的熱膨脹系數(shù)較大，C選項(xiàng)正確．圖7—4—1右圖中，溫度計(jì)示數(shù)是順時(shí)針?lè)较蛟龃螅f(shuō)明當(dāng)溫度升高時(shí)溫度計(jì)指針順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，則其雙金屬片的彎曲程度在增大，故可以推知雙金屬片的內(nèi)層一定是鐵，外層一定是銅，D選項(xiàng)是錯(cuò)誤的．

第十三頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日兩個(gè)物體放在一起彼此接觸，它們?nèi)舨话l(fā)生熱傳遞，其原因是()A．它們的能量相同B．它們的比熱相同C．它們的熱量相同D．它們的溫度相同D第十四頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日下列關(guān)于熱力學(xué)溫度的說(shuō)法中，正確的是()A．熱力學(xué)溫度的零點(diǎn)是－273.15℃B．-136℃比136K溫度高C．0℃等于273.15KD．1℃就是1KE．升高1℃就是升高274KABC第十五頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日在25℃左右的室內(nèi)，將一只溫度計(jì)從酒精中拿出，觀(guān)察它的示數(shù)變化情況是（）A．溫度計(jì)示數(shù)上升 B．溫度計(jì)示數(shù)下降C．溫度計(jì)示數(shù)不變 D．示數(shù)先下降后上升D第十六頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日一支玻璃管一端與一個(gè)雞蛋大小的玻璃泡相連，另一端豎直插在水槽中，并使玻璃管內(nèi)吸人一段水柱。當(dāng)氣溫變化時(shí)，玻璃泡中氣體壓強(qiáng)會(huì)隨著變化，從而使玻璃管內(nèi)水柱高度發(fā)生變化。根據(jù)管內(nèi)水柱高度的變化就可測(cè)出相應(yīng)的溫度。說(shuō)明“伽利略溫度計(jì)”的測(cè)溫物質(zhì)和測(cè)溫屬性。伽利略溫度計(jì)第十七頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日華氏溫標(biāo)華倫海特(G·D·Fahrenheit)最初所制的水銀溫度計(jì)是在北愛(ài)爾蘭最冷的某個(gè)冬日，水銀柱降到最低的高度定為零度；把他妻子的體溫定為100度，然后再把這段區(qū)間的長(zhǎng)度均分為100份，每一份叫1度。這就是最初的華氏溫標(biāo)。顯然，認(rèn)定氣溫和人的體溫作為測(cè)溫質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)并在此基礎(chǔ)上分度是不妥當(dāng)?shù)?。健康人的體溫在一天之中經(jīng)常波動(dòng)，而且他妻子如果感冒發(fā)燒了怎么辦？后來(lái)，華倫海特改進(jìn)了他創(chuàng)立的溫標(biāo)，把冰、水、氯化銨和氯化鈉的混合物的熔點(diǎn)定為零度，以0°F表示之，把冰的熔點(diǎn)定為32°F，把水的沸點(diǎn)定為212°F，在32→212的間隔內(nèi)均分180等分，這樣，參考點(diǎn)就有了較為準(zhǔn)確的客觀(guān)依據(jù)。這就是現(xiàn)在仍在許多國(guó)家使用的華氏溫標(biāo)[1]，華氏溫標(biāo)確定之后，就有了華氏溫度(指示數(shù))。攝氏溫標(biāo)后來(lái)攝耳修司(A·Celsiua)也用水銀作測(cè)溫質(zhì)，以冰的熔點(diǎn)為零度(標(biāo)以0℃)，以水的沸點(diǎn)為100度(標(biāo)以100℃)。他認(rèn)定水銀柱的長(zhǎng)度隨溫度作線(xiàn)性變化，在0度和100度之間均分成100等份，每一份也就是每一個(gè)單位叫1攝氏度。這種規(guī)定辦法就叫攝氏溫標(biāo)。統(tǒng)一的熱力學(xué)溫標(biāo)為了結(jié)束溫標(biāo)上的混亂局面，開(kāi)爾文(即W·湯姆遜)—