7.4《溫度和溫標(biāo)》課件

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1、復(fù) 習(xí) 鞏 固1、 分 子 間 的 作 用 力 有 什 么 特 點(diǎn) ? 2、 分 子 間 作 用 力 與 分 子 距 離 有 什 么 樣 的 關(guān) 系 ? 分 子 間 同 時(shí) 存 在 著 引 力 和 斥 力 ， 都 隨 分 子 間 距 離r的 增 大 而 減 小 ， 隨 r的 減 小 而 增 大 ， 但 斥 力 比 引力 變 化 的 快 7.4、 溫 度 和 溫 標(biāo) 閱 讀 課 文 ,回 答 以 下 問 題 :1、 什 么 是 系 統(tǒng) 和 狀 態(tài) 參 量 ? 2、 什 么 是 平 衡 態(tài) ? 3、 什 么 是 熱 平 衡 和 熱 平 衡 定 律 ? 4、 溫 度 和 溫 標(biāo) 是 如 何 定 義

2、的 ? 5、 如 何 確 定 溫 標(biāo) ? 1、 系 統(tǒng) ： 物 理 學(xué) 中 ， 把 所 研 究 的 對(duì) 象 稱 為系 統(tǒng) (系 統(tǒng) 之 外 與 系 統(tǒng) 發(fā) 生 相 互 作 用 的 其他 物 體 統(tǒng) 稱 為 外 界 ) 問 題 1： 什 么 是 系 統(tǒng) 和 狀 態(tài) 參 量 ? 2、 狀 態(tài) 參 量 ： 描 述 物 質(zhì) 系 統(tǒng) 狀 態(tài) 的 宏 觀 物理 量 幾 何 性 質(zhì) ： 系 統(tǒng) 的 大 小 、 形 狀 、 體 積 等 力 學(xué) 性 質(zhì) ： 系 統(tǒng) 的 壓 強(qiáng) 、 受 力 、 表 面 張 力 熱 學(xué) 性 質(zhì) ： 系 統(tǒng) 溫 度 電 磁 性 質(zhì) ： 系 統(tǒng) 在 電 場(chǎng) 、 磁 場(chǎng) 作 用 下 的

3、性質(zhì) ， 如 電 場(chǎng) 強(qiáng) 度 ,磁 感 應(yīng) 強(qiáng) 度 等 。 2、 氣 體 的 狀 態(tài) 參 量n （ 1） 溫 度n （ 2） 體 積n （ 3） 壓 強(qiáng) -熱 學(xué) 性 質(zhì)-幾 何 性 質(zhì)-力 學(xué) 性 質(zhì) 問 題 2： 什 么 是 平 衡 態(tài) ? 對(duì) 于 一 個(gè) 封 閉 系 統(tǒng) ， 在 經(jīng) 過 足 夠長 的 時(shí) 間 ， 系 統(tǒng) 各 部 分 的 狀 態(tài) 參 量 會(huì)達(dá) 到 穩(wěn) 定 （ 不 隨 時(shí) 間 變 化 ） ,我 們 說 系統(tǒng) 達(dá) 到 了 平 衡 態(tài) 。 動(dòng) 態(tài) 的 平 衡 問 題 3： 什 么 是 熱 平 衡 和 熱 平 衡 定 律 ? 1、 熱 平 衡 如 果 兩 個(gè) 系 統(tǒng) 相 互 接 觸

4、 而 傳 熱 ,它 們 的 狀 態(tài)參 量 將 改 變 ， 但 經(jīng) 過 一 段 時(shí) 間 后 ， 狀 態(tài) 參 量 不再 變 化 ,達(dá) 到 了 相 同 的 溫 度 ,我 們 就 說 兩 個(gè) 系 統(tǒng) 達(dá)到 了 熱 平 衡 。 （ 兩 個(gè) 系 統(tǒng) 是 通 過 熱 傳 遞 熱 達(dá) 到的 平 衡 ）甲T 甲 乙T乙 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 ,就 說 這兩 個(gè) 系 統(tǒng) 原 來 就 處 于 熱 平 衡 2、 熱 力 學(xué) 第 零 定 律 （ 熱 平 衡 定 律 ）n 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

5、個(gè) 系 統(tǒng) 也 必 定 處于 熱 平 衡 。 若 系 統(tǒng) A， C達(dá) 到 熱 平 衡若 系 統(tǒng) B， C達(dá) 到 熱 平 衡A和 B也 是 處 于 熱 平 衡 問 題 4： 溫 度 和 溫 標(biāo) 是 如 何 定 義 的 ? 1、 溫 度 一 切 達(dá) 到 熱 平 衡 的 系 統(tǒng) 都 具 有 相 同 的 溫 度溫 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 量兩 個(gè) 系 統(tǒng) 達(dá) 到 熱 平 衡 時(shí) 具 有 的 共 同性 質(zhì) 是 溫 度 相 同 溫 度 理 解高 中初 中 溫 度 是 描 述 物 體 冷 熱 程 度 的 物 理 量-宏 觀 上溫

6、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 量標(biāo) 志 物 體 內(nèi) 部 分 子 無 規(guī) 則 熱 運(yùn) 動(dòng) 的 劇 烈 程 度 -微 觀 上 2、 溫 標(biāo) 定 量 描 述 溫 度 的 方 法 叫 溫 標(biāo) 。 建 立 一 種 溫 標(biāo) 的 三 要 素 ： 選 擇 測(cè) 溫 物 質(zhì) （ 水 銀 /鉑 /氣 體 /熱 電 偶 ） 確 定 測(cè) 溫 屬 性 （ 體 積 /電 阻 /壓 強(qiáng) /電 動(dòng) 勢(shì) ） 選 定 溫 度 零 點(diǎn) 和 分 度 方 法 體 積 與 溫 度 成 線 性 變 化 溫 標(biāo) 種 類 攝 氏 溫 標(biāo) (攝 氏 度 t , 單 位 ： 0

7、C) 標(biāo) 準(zhǔn) 大 氣 壓 下 冰 的 熔 點(diǎn) 為 零 度 ,沸 水 為 100度 ,期間 分 為 100等 份 熱 力 學(xué) 溫 標(biāo) (熱 力 學(xué) 溫 度 T,單 位 ： 開 爾 文 K ）七 個(gè) 基 本 物 理 量 之 一 T=273.15+t (K ) T=t 說 明 溫 度 的 國 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 ； 由 T t+273.15 K可 知 ， 物 體 溫 度 變 化 l與 變 化 l K的 變 化 量 是 等 同 的

8、， 但 物 體 所 處 狀 態(tài)為 l 與 l K是 相 隔 甚 遠(yuǎn) 的 ； 一 般 情 況 下 ， 0K是 低 溫 的 極 限 ， 只 能 無限 接 近 ， 但 不 能 達(dá) 到 。 n 華 氏 溫 標(biāo)n 華 氏 溫 標(biāo) 的 溫 度 tF與 t之 間 的 關(guān) 系 ： n tF 32+9/5t 單 位 ： F 華 氏 溫 標(biāo) 在 歐 美 使 用 非 常 普 遍 ， 攝 氏溫 標(biāo) 在 亞 洲 使 用 較 多 ， 科 學(xué) 研 究 中 多 使 用絕 對(duì) 溫 標(biāo) 。 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)

9、 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 例 2、 一 金 屬 棒 的 一 端 與 0 冰 接 觸 ， 另 一端

10、 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 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 ，

11、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 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 741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

12、 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 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 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 工 作 的 ， A、 B選 項(xiàng) 是

13、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 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 741右 圖 中 ， 溫 度 計(jì) 示 數(shù) 是 順時(shí) 針 方 向 增 大 ， 說 明 當(dāng) 溫 度 升 高 時(shí) 溫 度 計(jì) 指 針 順時(shí) 針 方 向 轉(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 攝

14、氏 溫 標(biāo) 是 瑞 典 人 攝 爾 修 斯 （ A.Celsius，1701 1744） 在 1742年 首 先 提 出 的 一 種 經(jīng) 驗(yàn) 溫 標(biāo) ，過 去 曾 被 廣 泛 使 用 。 攝 氏 溫 標(biāo) 以 水 沸 點(diǎn)（ 101?325Pa壓 力 下 水 和 水 蒸 氣 之 間 的 平 衡 溫 度 ）為 100度 和 冰 點(diǎn) （ 101?325Pa壓 力 下 冰 和 被 空 氣 飽和 的 水 之 間 的 平 衡 溫 度 ） 為 0度 作 為 溫 標(biāo) 的 兩 個(gè)固 定 點(diǎn) 。 攝 氏 溫 標(biāo) 采 用 玻 璃 汞 溫 度 計(jì) 作 為 內(nèi) 插 儀器 ， 假 定 溫 度 和 汞 柱 的 高 度 成 正

15、 比 ， 即 把 水 沸 點(diǎn)與 冰 點(diǎn) 之 間 的 汞 柱 的 高 度 差 等 分 為 100格 ， 1格 對(duì)應(yīng) 于 1度 。 攝 氏 溫 標(biāo) 1954年 第 10屆 國 際 計(jì) 量 大 會(huì) （ CGPM） 決 定 采 用 水三 相 點(diǎn) 一 個(gè) 固 定 點(diǎn) 來 定 義 溫 度 的 單 位 ， 冰 點(diǎn) 已 不再 是 溫 標(biāo) 的 定 義 固 定 點(diǎn) 了 。 1967年 第 13屆 國 際 計(jì)量 大 會(huì) 決 議 定 義 ： 溫 度 單 位 開 爾 文 是 水 三 相 點(diǎn) 熱力 學(xué) 溫 度 的 1/273.16。 1988年 第 18屆 國 際 計(jì) 量 大會(huì) 及 第 77屆 國 際 計(jì) 量 委 員 會(huì)

16、 （ CIPM） 決 議 ， 自1990年 始 采 用 “ 1990年 國 際 溫 標(biāo) （ 簡 稱 ITS-90） ” 。 ITS-90定 義 的 溫 度 單 位 更 精 確 ， 更 容 易復(fù) 現(xiàn) 。 我 國 自 1994年 始 全 面 采 用 這 一 標(biāo) 準(zhǔn) 。 溫 度 的 單 位 有 了 新 的 、 更 加 精 確 和 科 學(xué) 的 定 義 以后 ， 考 慮 到 人 們 長 期 以 來 的 使 用 習(xí) 慣 ， 仍 然 保 留攝 氏 溫 度 這 一 名 詞 ， 但 它 有 了 新 的 意 義 。 某 一 熱狀 態(tài) 的 攝 氏 溫 度 ， 就 是 用 它 與 一 特 定 的 熱 狀 態(tài)（ 比 水

17、 三 相 點(diǎn) 溫 度 低 0.01?K的 熱 狀 態(tài) ， 即 0攝 氏 度 ）之 間 的 溫 度 差 所 表 示 的 溫 度 。 這 個(gè) 溫 度 差 要 用 開爾 文 溫 度 來 表 示 。 它 的 單 位 稱 為 攝 氏 度 ， 符 號(hào) 為 。 因 此 ， 攝 氏 溫 度 是 從 開 爾 文 溫 度 導(dǎo) 出 的 ， 是以 0攝 氏 度 作 為 計(jì) 算 起 點(diǎn) 的 溫 度 。 攝 氏 溫 度 和 開 爾文 溫 度 相 差 一 個(gè) 常 數(shù) ， 彼 此 可 以 互 相 換 算 ： t/ T/K 273.15。 由 此 ， 攝 氏 溫 度 有 了 新 的 定 義 。在 數(shù) 值 上 ， 它 與 過 去

18、 人 們 習(xí) 慣 使 用 的 攝 氏 溫 標(biāo) 溫度 很 相 近 ， 但 不 相 等 ， 與 攝 氏 溫 標(biāo) 的 原 定 義 無 關(guān) 。 1714年 ,荷 蘭 華 倫 海 特 (G D Fahrenheit)最 初所 制 的 水 銀 溫 度 計(jì) 是 在 北 愛 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 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)

19、 溫 質(zhì) 的 標(biāo) 準(zhǔn) 點(diǎn)并 在 此 基 礎(chǔ) 上 分 度 是 不 妥 當(dāng) 的 。 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 ？ 華 氏 溫 標(biāo) 后 來 ， 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 依 據(jù) 。 這 就是 現(xiàn) 在 仍 在 許 多 國 家 使 用 的 華 氏 溫 標(biāo) ， 華 氏 溫 標(biāo)確 定 之 后 ， 就 有 了 華 氏 溫 度 (指 示 數(shù) )。 華 氏 溫 標(biāo) 在 歐 美 使 用 非 常 普 遍 ， 攝 氏溫 標(biāo) 在 亞 洲 使 用 較 多 ， 科 學(xué) 研 究 中 多 使 用絕 對(duì) 溫 標(biāo) 。