溫度測量文獻綜述和參考文獻

2024年2月23日發(作者：席間)

溫度測量文獻綜述和參考文獻

但是呢，要把溫度統一起來還是容易實現的，而要把統一的溫標建立起來就并不是那么的容易了。歷史上曾建立的幾個不同溫標的過程和狀況大致如下.出生于德國,生活在荷蘭的物理學家華倫海特在1709年用酒精,在1714年用水銀作為測溫物質制造了比較精確的溫度計.他把水、冰和海鹽混合物(即結冰的鹽水混合物)的溫度定為零點,把健康人的血液的溫度(人的正常體溫)定為另一個固定點,其間分為4義24一96等份,每一等份為一度,按照他的這種分法,水的冰點就定為32度,標準大氣壓的水的沸點就是212度,期間正好相差180度,這就是現在所說的華氏溫標.在這一溫標上,人的正常體溫為96度。用華氏溫標表示的溫度叫華氏溫度,用tF表示,單位叫華氏度,符號為下.華氏溫標在當時立即被英國和荷蘭采用.直到現在,這種溫標仍在英國、美國、加拿大、南非、澳大利亞和新西蘭等國使用.華倫海特生于德國商人家庭,是家中的長子,年紀輕輕就不得不繼承父業,學習經商.但自然科學對他的吸引力遠遠大于商業,所以在1706年完成學業后,他就完全獻身于物理學的研究工作.1714年他成功地設計了兩種酒精溫度計.1724年,他發表了關于制造溫度計的方法等文章,并作了一次關于水銀溫度計的報告,于當年被選為皇家學會會員.他還成功設計了新型的液體比

重計和帶氣壓表的溫度計.1730年法國人列繆爾認為水銀的膨脹系數太小,不宜做測溫物質,他專心研究用酒精作為測溫物質的優點.他通過實驗發現,若取含15/水的酒精的體積在水的冰點這一溫度時為100。份,則當溫度達到水的沸點時其體積就變為108。份.因此,他把水的冰點定為零度,水的沸點則定為第二個固定點,期間分成80等份,每一等份為一度,這樣,水的沸點就是80度.這樣 :

開爾文這位熱力學第二定律的創始人，最受尊敬的物理學家，創立了一種不依賴任何測溫質(當然也就不依賴任何測溫質的任何物理性質)的絕對真實的絕對溫標，也叫開氏溫標或熱力學溫標。

開氏溫標是根據卡諾循環定出來的，以卡諾循環的熱量作為測定溫度的工具，即熱量起著測溫質的作用。正因為如此，我們又把開氏溫標叫做熱力學溫標?？ㄖZ循環描繪了理想熱機的基本圖案，具有巨大的理論意義?？ㄖZ循環象迷霧中的燈塔，給出了熱機效率的上限。

卡諾證明，等溫線上的各溫度之比等于卡諾循環在這些等溫線上所吸收的和所放出的熱量之比。根據卡諾定理，可逆的卡諾循環不受循環物質(工作物質)的影響，因此，這個比式對任何工作物質都成立。正是這個比式，使開爾文發現了一種測量溫度的新思路：用熱量作為溫度的量度(熱量Q起著測溫質的作用)，而不需要任何實際的測溫質，從而不

必考慮測溫質的物理屬性了。這樣，在溫度測定中，由于測溫質及其物理性質的不同而帶來的許許多多不可避免的影響就完全消除了。這就使開氏溫標具有所有其他溫標所不具有的優點，使溫度的測定具有真實的絕對的值。這是一個平常的發現(因為它來自卡諾循環)，但它又是一個偉大的發現。以卡諾循環為基礎建立起來的絕對溫標，在理論上是完整而準確的；在效果上，它結束了測溫技術中長期存在的混亂局面，的)，開爾文用的辦法是測定晶體的熔解質量，熔解質量的大小是和熔點為τ 1時吸收的熔解熱成正比的?？梢愿淖兪┯诰w上的壓強而能使晶體在一系列不同的溫度下熔解，這樣相應一系列不同的熔解質量，就有一系列不同時熔解熱。這些熔解熱的比與各相應的熔點溫度之比是相等的。但是盡管如此，還不能單一地去確定溫度，因為比式中的熱量之比只能確定溫度的比值。這一問題，只要人為地選定一個參考點就可以解決。第十一屆國際計量大會(1960年)規定以純水的三相點的溫度定為開氏溫標的參考點，規定其溫度為273.15K(而不叫“度”)，1K等于水的三相點的熱力學溫度的1/273.15，熱力學溫標被定為基本溫標，熱力學溫度被作為基本溫度，符號是T，單位是開爾文，簡寫為開，以K表示之，熱力學溫標的零點叫絕對零度(0K)，于是熱力學溫標就完全確定了。

熱力學溫標取水的三相點為固定參考點，這比其它溫標

選取冰點、熔點、沸點要優越得多。因為水的三相點是指純水以冰、水、蒸汽的平衡混合物而存在時的那個狀態只要在沒有空氣的密閉容器內，這個狀態的溫度就是確定不變的，它不依賴于壓強，所以它是最客觀的參考點。如果我們要測某一個物體的溫度，可用任何一種工質的卡諾熱機當作溫度計，使卡諾熱機運轉于欲測物體(欲測其溫度T)和273.15K的熱庫之間，測出吸收和放出的熱量Q和Q0之比，則溫度為：

從以上的討論可知，一支“熱力學溫度計”就是可逆的卡諾熱機，這在理論上是說得通的，但在技術上卻很困難。因此，擺在人們面前的另一個任務是，尋找一種代用辦法去測定熱力學溫度，這種代用辦法要保證測量簡便而易行，要保證測得的數值足夠精確，要保證非常接近熱力學溫標的數值。人們發現“理想氣體溫標”（是實際采用的另一種標準溫標，簡稱氣體溫標，它以理想氣體作測溫質，以其定容條件下的壓強或定壓條件下的體積為測溫特性，以水的三相點的溫度為參考點并嚴格規定三相點的溫度為273.15K“開爾文”每一開的間隔與熱力學溫標相同)，在它所確定的溫度范圍內和熱力學溫標完全一致，熱力學溫標可以借助理想氣體溫標付諸實施，這就使熱力學溫標取得了現實意義。在實際計量中：在很大的溫度范圍內是用理想氣體溫度計去測量物體的熱力學溫度的，正是這個緣故，在溫度計量中也用T

表示理想氣體溫度，也用“開”作為它的單位。

第十一屆國際計量大會(1960年)廢除了原先的攝氏溫標，規定了新的攝氏溫標。新規定的攝氏溫標是由熱力學溫標導出的，定義t=T-273.15，即規定熱力學溫度的273.15K為攝氏溫標的零點寫成0℃，攝氏1溫度的單位仍叫攝氏度，寫成x℃；攝氏溫差1度與熱力學溫差1開相等。1968年國際計量委員會根據1967年第十三屆國際計量大會決議，公布了《1968年國際實用溫標》（縮寫為IPTS—1968），并規定它從1969年起在國際上生效。我國是由1973年1月1日起采用IPTS—1968的。

開爾文用熱力學溫標——與任何測溫物質無關的溫標得到了絕對零度，因此，絕對零度這一重要概念對所有物質都成立，它和選用什么物質及什么物理性質都沒有關系。以絕對零度作為溫標的起點，這在溫度測量中的影響是深遠的，這種溫標沒有上限。自然可以設想，不論何時，測量一個很高的溫度時，一個更高的溫度將存在，并且也有可能達到。這與絕對零度不同，因為再也沒有比絕對零度更低的溫度了。雖然在我們能獲得的每個低溫下面，還能達到比它更低的溫度，經過每一步接近絕對零度的努力，我們與零點的距離減小了，最終必然到達一個有趣的小的分數度，就是說可以和絕對零度無限接近。但是，終究不能達到絕對零度，這是熱力學第三定律的結論?！敖^對溫標”和“絕對零度”

這兩個“絕對”的含義可以這樣理解：前者是指開氏溫標與任何測溫質都沒有關聯，因而這種溫標是“絕對”的；后者是指絕對零度是一個不可超越的界限，而且對所有物質都成立，因而這個度數是“絕對”的

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