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中国计量科学研究院复现热力学温度单位开尔文的实验装置

Temperature

  表征物体冷热程度的物理量。这是对温度概念的通俗理解。物体的冷热程度是从人类的直觉观念引伸出来的,因而具有一定的主观因素。通过直觉来判断物体温度有时会导致错误结果。严格的温度定义是建立在热平衡定律基础上的。

  热平衡定律指出:处于任意状态两物体的状态参量,在两个物体达到热平衡时不能取任意值,而要受一定的数学关系的约束。它指出两物体相互处于热平衡时,存在一个数值相等的态函数,这个态函数称为温度。

  温度具有标志一个物体是否同其他物体处于热平衡状态的性质,它的特征就在于一切互为热平衡的物体都具有相同的数值。

  从微观上看,也就是从分子运动论的观点来看,温度反映了组成宏观物体的大量分子无规则运动的剧烈程度,是大量分子热运动平均能量的量度;物体的温度愈高,组成物体的分子平均动能也愈大。可见,温度是组成物体的大量分子热运动的集体表现,因而具有统计的意义。对于单个分子来说,温度是没有意义的。

  热平衡定律不仅给出了温度的概念,而且指明了比较温度的方法:处于热平衡的一切物体都具有相同的温度,所以比较各个物体的温度时,只需将一个选为标准的物体分别与各个物体接触,经过一段时间,两者达到热平衡,标准物体的温度就是待测物体的温度。这个标准物体叫做温度计。对温度计的限制是它的热容必须足够小,使得在它与待测物体接触而进行热交换的过程中,待测物体原状态几乎不变。

  为实现温度的测量,还需要规定温度的数值表示法──温标。历史上首先采用了经验温标,包括摄氏温标、华氏温标、兰氏温标等。热力学第二定律建立后,定义了一种与测温系统性质无关的温标──热力学温标。对应于各种温标可以得到温度(态函数)的不同表示如摄氏温度华氏温度等。由热力学温标所定义的热力学温度是具有最严格科学意义的温度。通常采用气体温度计进行热力学温度的测量。由于气体温度计的复现性较差,国际间又协议定出实用性的标准温标──国际实用温标,以统一国际间的温度量值,并使由国际实用温标定出的温度尽可能地接近相应的热力学温度,相对地具有一定稳定性。中国计量科学研究院用一套装置来复现国际实用温标,并以此作为中国最高的温度标准。(见彩图)

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