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深圳华南科仪科技有限公司

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华南科仪百科:温度
2013/11/3 14:45:15

温度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。温度没有高极点,只有理论低极点“绝对零度”。“绝对零度”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,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。

温度计量

一个常见的摄氏度温度计,显示冬季白天温度为-17°C

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准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:维也纳标准平均海水英语Vienna Standard Mean Ocean Water的绝对零度和三相点。绝对零度被定义为0K−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273.16K0.01°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] × 95 + 32 [°C] = ([°F] − 32) × 59
热力学温标 [K] = [°C] + 273.15 [°C] = [K] − 273.15
兰金温标 [°R] = ([°C] + 273.15) × 95 [°C] = ([°R] − 491.67) × 59
Delisle [°De] = (100 − [°C]) × 32 [°C] = 100 − [°De] × 23
牛顿温标 [°N] = [°C] × 33100 [°C] = [°N] × 10033
列氏温标 [°Ré] = [°C] × 45 [°C] = [°Ré] × 54
罗氏温标 [°Rø] = [°C] × 2140 + 7.5 [°C] = ([°Rø] − 7.5) × 4021

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 无法定义
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]
维也纳标准平均海水的三相点
(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[A] 373.1339 K 99.9839 °C 7,766.03 nm
(中波红外线)
电灯泡[B] 2500 K ≈2,200 °C 1,160 nm
(接近红外线)[C]
太阳可见表面[D][7] 5,778 K 5,505 °C 501.5 nm
(绿-蓝光)
闪电[E] 28 kK 28,000 °C 100 nm
(远紫外线光)
太阳核心[E] 16 MK 1600万 °C 0.18 nm
(X射线)
核武器
(最高温度)[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 machine[E][9]
2 GK 20亿 °C 1.4×10−3 nm
(伽马射线)[F]
大质量恒星最后一天的核心[E][10] 3 GK 30亿 °C 1×10−3 nm
(伽马射线)
融合中的双中子星系统[E][11] 350 GK 3500亿 °C 8×10−6 nm
(伽马射线)
相对论重离子对撞机英语Relativistic Heavy Ion Collider[E][12] 1 TK 1万亿 °C 3×10−6 nm
(伽马射线)
CERN质子-核碰撞[E][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[E] 1.417×1032 K 1.417×1032 °C 1.616×10−26 nm
(普朗克长度)

  • A 维也纳标准平均海水在一个标准大气压(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)。

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