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求真百科

温度

圖片來源[1]

温度( temperature )，是表示物体冷热程度的物理量，微观上来讲是物体分子热运动的剧烈程度。温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量，而用来量度物体温度数值的标尺叫温标。它规定了温度的读数起点（零点）和测量温度的基本单位。温度理论上的高极点是「普朗克温度」，而理论上的低极点则是「绝对零度」。「普朗克温度」和「绝对零度」都是无法通过有限步骤达到的。目前国际上用得较多的温标有摄氏温标（°C）、华氏温标（°F） 、热力学温标（K）和国际实用温标。

温度是物体内分子间平均动能的一种表现形式。值得注意的是，少数几个分子甚至是一个分子构成的系统，由于缺乏统计的数量要求，是没有温度的意义的。

温度出现在各种自然科学的领域中，包括物理、地质学、化学、大气科学及生物学等。像在物理中，二物体的热平衡是由其温度而决定，温度也会造成固体的热涨冷缩，温度也是热力学的重要参数之一。在地质学中，岩浆冷却后形成的火成岩是岩石的三种来源之一，在化学中，温度会影响反应速率及化学平衡。大气层中气体的温度是气温（Atmospheric temperature），是气象学常用名词。它直接受日射所影响：日射越多，气温越高。

温度也会影响生物体内许多的反应，恒温动物会调节自身体温，若体温升高即为发热，是一种医学症状。生物体也会感觉温度的冷热，但感受到的温度受风寒效应影响，因此也会和周围风速有关。

目录

温度计量

使用当代科学温度计和温度标记法进行温度计量可以追溯到18世纪早期，加布里埃尔·华伦海特使用了奥勒·罗默发明的温度计（转换成了水银）和标记方式。华氏温标仍然在美国日常生活中使用。

使用温度计标定的温度可以通过温度换算转换为多种温度计量法。在当今世界大多数国家（除了伯利兹、缅甸、利比里亚和美国外），摄氏温标是最为广泛的计量法。大多数科学家使用摄氏温标，并在热力学温度上使用摄氏温标演化出来的热力学温标，其起始点0K = −273.15°C（绝对零点）。在美国，工程领域、高科技行业以及美国联邦规格（民用和军用）上也会使用热力学温标和摄氏温标。在美国的其他一些工程领域，针对诸如燃烧等热力学相关标淮时也会使用兰金温标（对华氏温标的调整）。

单位

在国际单位制中，温度的最基本单位是开尔文，其符号为K。

在日常使用中，一般为了方便起见都会将其转换为摄氏温标，其中0°C接近水的冰点，100°C则为水在海拔0M的沸点。由于液态的水滴会出现在低于零度的云层中，因此0°C更好的定义是冰的融化点。在这种温标下，1摄氏度和1K温度变化是一样的。

根据国际协议，[1]热力学温标和摄氏温标都通过两个固定点定义：维也纳标淮平均海水（：Vienna Standard Mean Ocean Water）的绝对零度和三相点。绝对零度被定义为0K及−273.15°C。在该温度下，所有经典分子运动都会停止，处于经典模型下的完全静止状态。在量子结构下，在绝对零度下仍然有运动和能量，被称为零点能量。物质处于其基态[2]，不包含热能。水的三相点则被定义为273.16K和0.01°C。

而美国广泛使用的华氏温标中，水的冰点为32 °F，沸点为212 °F。

转换

下面的表格展示了各温标如何转换为摄氏温标。

从摄氏温标转换 转换为摄氏温标
华氏温标 [°F] = [°C] × 9⁄5 + 32 [°C] = ([°F] − 32) × 5⁄9
热力学温标 [K] = [°C] + 273.15 [°C] = [K] − 273.15
兰金温标 [°R] = ([°C] + 273.15) × 9⁄5 [°C] = ([°R] − 491.67) × 5⁄9
Delisle [°De] = (100 − [°C]) × 3⁄2 [°C] = 100 − [°De] × 2⁄3
牛顿温标 [°N] = [°C] × 33⁄100 [°C] = [°N] × 100⁄33
列氏温标 [°Ré] = [°C] × 4⁄5 [°C] = [°Ré] × 5⁄4
罗氏温标 [°Rø] = [°C] × 21⁄40 + 7.5 [°C] = ([°Rø] − 7.5) × 40⁄21

温度对自然的影响

温度对音速、空气密度、声阻抗有显著影响。

不同温度对音速、空气密度、声阻抗的影响。
温度（°C） 音速（m/s） 空气密度（kg/m³） 声阻抗（s/m³）
−10 325.4 1.341 436.5
−5 328.5 1.316 432.4
0 331.5 1.293 428.3
5 334.5 1.269 424.5
10 337.5 1.247 420.7
15 340.5 1.225 417.0
20 343.4 1.204 413.5
25 346.3 1.184 410.0
30 349.2 1.164 406.6

温度范例

温度 黑体电磁辐射峰值辐射波长[3]
开尔文 摄氏度
绝对零度
（严格按照定义） 		0 K −273.15 °C 无
目前达到的最低温度[4] 100 pK −273.149999999900 °C 29,000 km
玻色–爱因斯坦凝聚最低温[5] 450 pK −273.14999999955 °C 6,400 km
1毫开
（严格按照定义） 		0.001 K −273.149 °C 2.89777 m
（广播，调频波段）[6]
宇宙微波背景辐射 2.7 K -270.45 °C 1.063 mm
（微波）
维也纳标淮平均海水的三相点
（严格按照定义） 		273.16 K 0.01 °C 10,608.3 nm
（长波红外线)
水的沸点 373.1339 K 99.9839 °C 7,766.03 nm
（中波红外线）
电灯泡 2500 K ≈2,200 °C 1,160 nm
（接近红外线）
style="background:#d9d9d3" 氧炔焰 3600 K ≈3,300 °C 可见光
太阳可见表面sun|D|D[7] 5,778 K 5,505 °C 501.5 nm
（绿-蓝光）
闪电 28 kK 28,000 °C 100 nm
（远紫外线光）
太阳核心 16 MK 1600万 °C 0.18 nm
（X射线）
核武器
（最高温度）celsiuskelvin|E|E[8]		 350 MK 3.5亿 °C 8.3×10−3 nm
（伽马射线）
桑迪亚国家实验室
Z machinecelsiuskelvin|E|E[9]		 2 GK 20亿 °C 1.4×10−3 nm
（伽马射线）
大质量恒星最后一天的核心[10] 3 GK 30亿 °C 1×10−3 nm
（伽马射线）
融合中的双中子星系统[11] 350 GK 3500亿 °C 8×10−6 nm
（伽马射线）
相对论重离子对撞机[12] 1 TK 1万亿 °C 3×10−6 nm
（伽马射线）
CERN质子-核碰撞[13] 10 TK 10万亿 °C 3×10−7 nm
（伽马射线）
宇宙在大爆炸之后5.391×10−44 s 1.417×1032 K 1.417×1032 °C 1.616×10−26 nm
（普朗克长度）
  • A 维也纳标淮平均海水在一个标淮大气压（101.325 kPa）下，根据热力学温度两点的定义。
  • B 2500 K值为约数，在热力学温标和摄氏温标之间273.15 K的差值被约为300 K，以避免摄氏度值的假精确问题。
  • C 针对一个真正的黑体（钨灯丝并不是）。钨灯丝的辐射比短波要略长，因此看起来更白。
  • D 有效光球温度。在热力学温标和摄氏温标之间273.15 K的差值被约为273 K，以避免摄氏度值的假精确问题。
  • E 在热力学温标和摄氏温标之间273.15 K的差值已经忽略不计。
  • F 针对一个真正的黑体（等离子体并不是）。

温度测量

由于温度会对体积、密度、声速、阻抗等物理量产生影响，因此可以通过测量这些物理量数值的变化来测量温度。目前温度测量的方法有数十种，按照测量原理可以分为以下几类：

  • 膨胀测温法，是采用几何量(体积、长度)作为温度的标志。如水银温度计的测量范围大约是－30～300°C，酒精温度计的测量范围大约是-115～110℃，
  • 电学测温法，是采用某些随温度变化的电阻等电学量作为温度的标志。电阻温度计多用于低于600℃的场合，热电偶温度计测量范围一般在1600℃以下，此外还有半导体热敏电阻温度计。
  • 磁学测温法，是根据顺磁物质的磁化率与温度的关系来测量温度，常用在超低温（小于1K）测量中。
  • 声学测温法，采用声速作为温度标志（声速的平方与温度成正比）。主要用于低温下热力学温度的测定。
  • 频率测温法，根据物体固有频率的变化来测量温度。石英晶体温度计的分辨率可达万分之一摄氏度。
  • 光学测温法，是根据黑体辐射来测量温度。如红外线温度计[14]。
  • 密度测温法，如伽利略温度计。

参考资料

  1. ↑ The kelvin in the SI Brochure 互联网档案馆的存檔，存档日期2007-09-26.
  2. ↑ Absolute Zero. Calphad.com. [2010-09-16]. 
  3. ↑ The cited emission wavelengths are for black bodies in equilibrium. CODATA 2006 recommended value of 2.8977685(51)×10−3 m K used for Wien displacement law constant b.
  4. ↑ World record in low temperatures. [2009-05-05]. 
  5. ↑ 2003年，麻省理工学院的研究者在实验中得到了玻色–爱因斯坦凝聚的最低温度450 ±80 pK。参考资料：Cooling Bose–Einstein Condensates Below 500 Picokelvin, A. E. Leanhardt et al., Science 301, 12 Sept. 2003, p. 1515. It's noteworthy that this record's peak emittance black-body wavelength of 6,400 kilometers is roughly the radius of Earth.
  6. ↑ 在103.456 MHz频率下，峰值辐射波长为2.89777 m。
  7. ↑ 于2002年测量，有±3凯尔文的误差。1989年的测量结果为5,777.0±2.5 K。参考资料：Overview of the Sun (Chapter 1 lecture notes on Solar Physics by Division of Theoretical Physics, Dept. of Physical Sciences, University of Helsinki).
  8. ↑ 350 MK的数值是指氢弹的最高燃烧温度。原子弹的最高温度大概在50到100 MK。参考资料：Nuclear Weapons Frequently Asked Questions, 3.2.5 Matter At High Temperatures. Link to relevant Web page. All referenced data was compiled from publicly available sources.
  9. ↑ In fact, the iron and manganese ions in the plasma averaged 3.58±0.41 GK (309±35 keV) for 3 ns (ns 112 through 115). Ion Viscous Heating in a Magnetohydrodynamically Unstable Z Pinch at Over 2×109 Kelvin, M. G. Haines et al., Physical Review Letters 96 (2006) 075003. Link to Sandia's news release.
  10. ↑ 大质量（>8–11倍太阳质量）恒星核心温度离开赫罗图上主序带进入燃烧硅-28的α过程（持续1天），依照下列顺序演变为重核元素：硫–32 →氩–36 →钙–40 →钛–44 →铬–48 →铁–52 →镍–56。在完成该序带后数分钟内，该恒星爆炸成为II型超新星。参考资料：Stellar Evolution: The Life and Death of Our Luminous Neighbors (by Arthur Holland and Mark Williams of the University of Michigan). Link to Web site.更多资料可以参见这里 互联网档案馆的存檔，存档日期2013-04-11.，以及这里 互联网档案馆的存檔，存档日期2011-08-14.，另外还有来自NASA的有关星体的淮确论述。
  11. ↑ Torus Formation in Neutron Star Mergers and Well-Localized Short Gamma-Ray Bursts, R. Oechslin et al. of Max Planck Institute for Astrophysics., arXiv:astro-ph/0507099 v2, 22 Feb. 2006. An html summary.
  12. ↑ Results of research by Stefan Bathe using the PHENIX detector on the Relativistic Heavy Ion Collider at Brookhaven National Laboratory in Upton, New York, U.S.A. Bathe has studied gold-gold, deuteron-gold, and proton-proton collisions to test the theory of quantum chromodynamics, the theory of the strong force that holds atomic nuclei together. Link to news release.
  13. ↑ How do physicists study particles? by CERN.
  14. ↑ 红外线温度仪量测原理

外部连结

取自“https://pediainside.com/index.php?title=温度&oldid=4365840”