4　温度和温标.ppt

新课标物理选修3 3 第七章 分子动理论 7 4温度和温标 zxxk 1 分子间的作用力有什么特点 分子间同时存在着引力和斥力 都随分子间距离r的增大而减小 随r的减小而增大 但斥力比引力变化的快 2 分子间作用力与分子距离有什么样的关系 1 什么是系统和状态参量 2 什么是平衡态 3 什么是热平衡和热平衡定律 4 温度和温标是如何定义的 5 如何确定温标 本节导引 一 状态参量与平衡态 研究物理问题 研究对象 一个物体 多个物体 系统 研究的问题不同 选取的系统常不同 例如 热学研究对象 系统以外的物质统称为外界或环境 热力学系统 如气体 液体 固体等 大量分子组成的物体或物体系统 研究对象 其他物体 1 热力学系统 在热学中 把某个范围内大量分子组成的叫做热力学系统 简称系统 2 外界 系统之外与系统发生相互作用的统称外界 1 热力学系统和外界 一般说来热力学系统 要研究以下几个的性质 描述系统在电 磁场作用下的性质 如电场强度 磁感应强度等 几何性质 描述系统的大小 形状 体积等 力学性质 描述系统的压强 应力 表面张力等 热学性质 描述系统温度 电磁性质 2 状态参量 某氧气瓶容积为100L 其内氧气在温度为20oC时的气压为5atm 描写系统状态的物理量 如 一辆汽车经过二中门口时的速度为10m s 加速度为1m s2 气体的状态参量 1 温度 2 体积 3 压强 热学性质 几何性质 力学性质 2 状态参量 对于一个封闭系统 在经过相当长的时间后 系统整体的宏观性质将不随时间而变化 且具有确定的状态 平衡状态 简称平衡态 特点 系统的所有性质都不随时间变化 3 平衡态 动态的平衡 二 热平衡与温度 力学平衡 具有一种相同的力学性质 压强 静电平衡 具有一种相同的电学性质 电势 热平衡 具有一种相同的热学性质 温度 系统间的相互作用 温度相等 1 热平衡 如果两个系统相互接触而传热 它们的状态参量将改变 但经过一段时间后 状态参量不再变化 达到了相同的温度 我们就说两个系统达到了热平衡 两个系统达是通过热传递热达到的平衡 甲T甲 只要两个系统在接触时它们的状态不发生变化 就说这两个系统原来就处于热平衡 2 热力学第零定律 热平衡定律 如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡 那么这两个系统也必定处于热平衡 热平衡定律 若系统A C达到热平衡若系统B C达到热平衡A和B也是处于热平衡 3 温度 一切达到热平衡的系统都具有相同的温度 温度是决定一个系统与另一个系统是否达到热平衡状态的物理量 两个系统达到热平衡时具有的共同性质是温度相同 温度理解 高中 初中 温度是描述物体冷热程度的物理量 宏观上 温度是决定一个系统与另一个系统是否达到热平衡状态的物理量标志物体内部分子无规则热运动的剧烈程度 微观上 三 温度计与温标 1 温标 定量描述温度的方法 建立一种温标的三要素 选择某种物质 叫做测温物质 的某一随温度变化的属性 叫做测温属性 来标志温度 选定固定点 规定零点 对测温属性随温度的变化关系作出规定 即规定分度的方法 建立一种温标的三要素 选择测温物质 水银 铂 气体 热电偶 确定测温属性 体积 电阻 压强 电动势 选定温度零点和分度方法 1 温标 定量描述温度的方法 体积与温度成线性变化 一支玻璃管一端与一个鸡蛋大小的玻璃泡相连 另一端竖直插在水槽中 并使玻璃管内吸入一段水柱 当气温变化时 玻璃泡中气体压强会随着变化 从而使玻璃管内水柱高度发生变化 根据管内水柱高度的变化就可测出相应的温度 温度计 双金属温度计 它是利用铜片与铁片铆合在一起的双金属片的弯曲程度随温度变化的原理制成的 温度计 华氏温标华伦海特 G D Fahrenheit 最初所制的水银温度计是在北爱尔兰最冷的某个冬日 水银柱降到最低的高度定为零度 把他妻子的体温定为100度 然后再把这段区间的长度均分为100份 每一份叫1度 这就是最初的华氏温标 显然 认定气温和人的体温作为测温质的标准点并在此基础上分度是不妥当的 健康人的体温在一天之中经常波动 而且他妻子如果感冒发烧了怎么办 后来 华伦海特改进了他创立的温标 把冰 水 氯化铵和氯化钠的混合物的熔点定为零度 以0 F表示之 把冰的熔点定为32 F 把水的沸点定为212 F 在32 212的间隔内均分180等分 这样 参考点就有了较为准确的客观依据 这就是现在仍在许多国家使用的华氏温标 1 华氏温标确定之后 就有了华氏温度 指示数 摄氏温标后来摄耳修司 A Celsiua 也用水银作测温质 以冰的熔点为零度 标以0 以水的沸点为100度 标以100 他认定水银柱的长度随温度作线性变化 在0度和100度之间均分成100等份 每一份也就是每一个单位叫1摄氏度 这种规定办法就叫摄氏温标 统一的热力学温标为了结束温标上的混乱局面 开尔文 即W 汤姆逊 这位热力学第二定律的创始人 最受尊敬的物理学家 创立了一种不依赖任何测温质 当然也就不依赖任何测温质的任何物理性质 的绝对真实的绝对温标 也叫开氏温标或热力学温标 开氏温标是根据卡诺循环定出来的 以卡诺循环的热量作为测定温度的工具 即热量起着测温质的作用 正因为如此 我们又把开氏温标叫做热力学温标 卡诺循环描绘了理想热机的基本图案 具有巨大的理论意义 卡诺循环象迷雾中的灯塔 给出了热机效率的上限 摄氏温标 标准大气压下冰的熔点为0oC 标准大气压下水的沸点为100oC 在0oC与100oC之间等分成100等份 每份算做1oC 热力学温标 热力学温度是国际单位制中七个基本物理量之一 用符号T表示 单位是开尔文 简称开 符号为K 开氏温度T与摄氏温度t的关系是 T t 273 15K T t 温标 地描述温度的方法 1 摄氏温标 一种表示温度的方法 规定标准大气压下冰的熔点为 水的沸点为 在0 刻度和100 刻度之间分成100等份 每份就是1 2 热力学温标 现代科学中常用的表示温度的方法 规定摄氏温度的 为热力学温度的零值 定量 0 100 273 15 1 温标 3 摄氏温度与热力学温度 摄氏温度 温标表示的温度 用符号t表示 单位是 符号表示为 热力学温度 温标表示的温度 用符号T表示 单位是 符号表示为K 换算关系 T K 摄氏 摄氏度 热力学 开尔文 t 273 15 T t 1 温标 华氏温标 华氏温标的温度tF与t之间的关系 tF 32 9 5t单位 F 华氏温标在欧美使用非常普遍 摄氏温标在亚洲使用较多 科学研究中多使用绝对温标 1 温标 2 热力学温度 1 定义 热力学温标表示的温度叫做热力学温度 它是国际单位制中七个基本物理量之一 2 符号 T 3 单位开尔文 简称开 符号为K