第七章第四节温度和温标PPT讲稿.ppt

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1、第七章第四节温度和温标第七章第四节温度和温标第1页，共18页，编辑于2022年，星期二一、状态参量与平衡态一、状态参量与平衡态1 1、热力学热力学系统：系统：热力学研究中的研究对象，一般由大量分子组成。热力学研究中的研究对象，一般由大量分子组成。系统以外系统以外与系统发生相互作用的其他与系统发生相互作用的其他物质统称为物质统称为外界外界或或环境环境热力学热力学热力学热力学系统系统系统系统外界（环境）外界（环境）外界（环境）外界（环境）为了描述系统为了描述系统的状态而用到的状态而用到的物理量称为的物理量称为系统的系统的状态参量状态参量。如温度、体积、如温度、体积、压强等。压强等。结合运动物体的状

2、态参量来说。第2页，共18页，编辑于2022年，星期二 一个物理学系统，在没有外界影响的情况下，只要经过足够长一个物理学系统，在没有外界影响的情况下，只要经过足够长的时间，系统内各部分的状态参量会达到稳定。的时间，系统内各部分的状态参量会达到稳定。第3页，共18页，编辑于2022年，星期二 冷空气冷空气3、平衡态：、平衡态：没有外界影响没有外界影响的情况下，的情况下，系统中系统中各部分各部分的状态参量都达到的状态参量都达到稳定稳定的的状态状态。否则就是非平衡态。否则就是非平衡态。两个温度不同的两个温度不同的两个温度不同的两个温度不同的物体相互接触，物体相互接触，物体相互接触，物体相互接触，一开

3、始，两者均一开始，两者均一开始，两者均一开始，两者均处于非平衡态，处于非平衡态，处于非平衡态，处于非平衡态，经过很长一段时经过很长一段时经过很长一段时经过很长一段时间后，两者温度间后，两者温度间后，两者温度间后，两者温度稳定下来，就都稳定下来，就都稳定下来，就都稳定下来，就都达到了平衡态。达到了平衡态。达到了平衡态。达到了平衡态。注意：注意：平衡平衡态态是一种是一种理想理想情况，因情况，因为为任何系任何系统统完全不受外界影响是不完全不受外界影响是不可能的。可能的。类似于化学平衡，热力学系统达到的平衡态也是一种类似于化学平衡，热力学系统达到的平衡态也是一种动动态态平衡平衡。系统内部系统内部没有物

4、质流动和能量流动。没有物质流动和能量流动。处于处于平衡态平衡态的系统各处的系统各处温度温度相等，但温度各处相等的系统未必处于平相等，但温度各处相等的系统未必处于平衡态。衡态。在有外界作用在有外界作用时，系统中各时，系统中各部分也可能达部分也可能达到稳定状态，到稳定状态，但并非为平衡但并非为平衡态。平衡态对态。平衡态对应的是无外界应的是无外界影响下的状态。影响下的状态。重力影响重力影响算是外界算是外界影响吗？影响吗？杯中的水一开杯中的水一开始有外界影响，始有外界影响，但是稳定后就但是稳定后就不对其产生影不对其产生影响了？响了？由于分子做无规则由于分子做无规则的热运动，在这样的热运动，在这样的条件

5、下达到的平的条件下达到的平衡往往整体平衡局衡往往整体平衡局部不平衡，且达到部不平衡，且达到的平衡态具有一定的平衡态具有一定的不稳定性，存在的不稳定性，存在一定的起伏。这样一定的起伏。这样的平衡称为动态平的平衡称为动态平衡。衡。热水热水热水热水 温空气温空气热水热水温水温水非平衡态非平衡态平衡态平衡态200C 200C第4页，共18页，编辑于2022年，星期二 例例1、一金属棒的一端与、一金属棒的一端与0冰接触，另一端与冰接触，另一端与100水接触，并且保持水接触，并且保持两端冰、水的温度不变问当经过充分长时间后，金属棒所处的状态是否为两端冰、水的温度不变问当经过充分长时间后，金属棒所处的状态是

6、否为热平衡态热平衡态?为什么为什么?答案：否，因金属棒各部分温度不相同，存在能量交换答案：否，因金属棒各部分温度不相同，存在能量交换金属棒金属棒0度度恒温恒温100度度恒温恒温3、平衡态：、平衡态：没有外界影响没有外界影响的情况下，的情况下，系统中系统中各部分各部分的状态参量都达到稳定的状态参量都达到稳定的的状态状态。平衡态：系统内部平衡态：系统内部没有物质流动和能量流动。没有物质流动和能量流动。第5页，共18页，编辑于2022年，星期二若两个系统分别与第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此若两个系统分别与第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定处于热平衡。之间也必定处于热平衡。2

7、.2.热平衡定律热平衡定律(热力学第零定律热力学第零定律)二、热平衡与温度二、热平衡与温度金属棒金属棒冷水冷水热水热水金属棒金属棒温水温水温水温水1.1.（传）（传）热平衡热平衡:若若两个两个热力学系统热力学系统彼此彼此接触接触，而其状态，而其状态参量参量都都不变化不变化（即没有发生热传递），我们就说这两个系统达到了热平衡（即没有发生热传递），我们就说这两个系统达到了热平衡。AB握手也没发生热传递。握手也没发生热传递。AC握手，没有发生热传递。握手，没有发生热传递。那么那么BC握手，有热传递吗？握手，有热传递吗？真空真空真空真空金属棒金属棒温水温水2温水温水1金属棒金属棒温水温水3温水温水1金

8、属棒金属棒温水温水3温水温水23.3.温度：温度：表征互为热平衡的各系统的表征互为热平衡的各系统的“共同热学性质共同热学性质”的物理量的物理量为什么温度计可为什么温度计可为什么温度计可为什么温度计可以用来比较不同以用来比较不同以用来比较不同以用来比较不同物体的温度呢？物体的温度呢？物体的温度呢？物体的温度呢？互为热平衡的各系统具有相同的温度。同样，具有相同温度的系统也必然处于热平衡状态。互为热平衡的各系统具有相同的温度。同样，具有相同温度的系统也必然处于热平衡状态。互为热平衡的各系统具有相同的温度。同样，具有相同温度的系统也必然处于热平衡状态。互为热平衡的各系统具有相同的温度。同样，具有相同温

9、度的系统也必然处于热平衡状态。真空真空若两个系统若两个系统分别与第三个系分别与第三个系统统没有热传递没有热传递，那，那么这两个系统彼么这两个系统彼此之间也必定此之间也必定没没有热传递有热传递。真空的目的是让参与真空的目的是让参与真空的目的是让参与真空的目的是让参与传递的系统仅有两个。传递的系统仅有两个。传递的系统仅有两个。传递的系统仅有两个。是接触而不是融为一体是接触而不是融为一体是接触而不是融为一体是接触而不是融为一体200C 200C第6页，共18页，编辑于2022年，星期二三、温度计与温标三、温度计与温标 1、温标：、温标：定量描述温度的方法定量描述温度的方法叫做温标叫做温标 建立一种温

10、标的建立一种温标的三要素三要素：首先要确定物质首先要确定物质其次，确定该测温其次，确定该测温物物质质随温度随温度变化物理量变化物理量第三，选定参考点（即规定分度的方法）。第三，选定参考点（即规定分度的方法）。水银温度计水银温度计水银温度计水银温度计水银的热膨胀水银的热膨胀电阻温度计电阻温度计电阻温度计电阻温度计金属电阻随温度变化金属电阻随温度变化气体温度计气体温度计气体温度计气体温度计气体压强随温度变化气体压强随温度变化热电偶温度计热电偶温度计热电偶温度计热电偶温度计不同导体因温差产生电动势的大小不同导体因温差产生电动势的大小第7页，共18页，编辑于2022年，星期二2、热力学温度、热力学温度

11、 (1)定义：定义：热力学温标表示的温度热力学温标表示的温度叫做热力学温度，它是国际单位制叫做热力学温度，它是国际单位制中七个基本物理量之一。中七个基本物理量之一。(2)符号符号:T，(3)单位单位开尔文开尔文，简称，简称开开，符号为，符号为K(4)热力学温标与热力学温标与摄氏温标摄氏温标的关系：的关系：Tt+273.15 K(5)说明说明 摄氏温标的单位摄氏温标的单位“”是温度的常用单位，但不是国际制单位，是温度的常用单位，但不是国际制单位，温度的国际制单位是开尔文，符号为温度的国际制单位是开尔文，符号为K在今后各种相关热力学计算中，在今后各种相关热力学计算中，一定要牢记一定要牢记将温度单位

12、转换为热力学温度即开尔文将温度单位转换为热力学温度即开尔文；由由Tt+273.15 K可知，物体可知，物体温度变化温度变化l与变化与变化l K的变化量是的变化量是等同的等同的，但物体所处状态为，但物体所处状态为l与与l K是相隔甚远的；是相隔甚远的；第8页，共18页，编辑于2022年，星期二例例2(对应要点一对应要点一)关于关于热热平衡，下列平衡，下列说说法正确的是法正确的是()A系统甲与系统乙达到热平衡就是它们的温度达到相同的数值系统甲与系统乙达到热平衡就是它们的温度达到相同的数值B标准状况下冰水混合物与标准状况下冰水混合物与0的水未达到的水未达到热热平衡平衡C量体温时温度计需和身体接触十分

13、钟左右是为了让温度计跟身体达到量体温时温度计需和身体接触十分钟左右是为了让温度计跟身体达到热平衡热平衡D冷热程度相同的两系统处于热平衡状态冷热程度相同的两系统处于热平衡状态互为热平衡的各系统具有相同的温度。同样，具有相同温度的系统也互为热平衡的各系统具有相同的温度。同样，具有相同温度的系统也必然处于热平衡状态。必然处于热平衡状态。ACD第9页，共18页，编辑于2022年，星期二 例例3、实际应用中，常用到实际应用中，常用到一种双金属温度计它是利一种双金属温度计它是利用铜片与铁片铆合在一起的用铜片与铁片铆合在一起的双金属片的弯曲程度随温度双金属片的弯曲程度随温度变化的原理制成的，如图所变化的原理

14、制成的，如图所示已知左图中双金属片被示已知左图中双金属片被加热时，其弯曲程度会增大，加热时，其弯曲程度会增大，则下列各种相关叙则下列各种相关叙述中正述中正确的有确的有 ()A该温度计的测温物质是铜、铁两种热膨胀系数不同的金属该温度计的测温物质是铜、铁两种热膨胀系数不同的金属B双金属温度计是利用测温物质热胀冷缩的性质来工作的双金属温度计是利用测温物质热胀冷缩的性质来工作的C由左图可知，铜的热膨胀系数大于铁的热膨胀系数由左图可知，铜的热膨胀系数大于铁的热膨胀系数D由右图可知，其双金属征的内层一定为铜外层一定为铁由右图可知，其双金属征的内层一定为铜外层一定为铁ABC 固固第10页，共18页，编辑于2

15、022年，星期二例例4关于平衡关于平衡态态和和热热平衡，下列平衡，下列说说法中正确的有法中正确的有()A只要温度不变且处处相等，系统就一定处于平衡态只要温度不变且处处相等，系统就一定处于平衡态B两个系统在接触时它们的状态不发生变化，这两个系统原来两个系统在接触时它们的状态不发生变化，这两个系统原来 的温度的温度是相等的是相等的C热平衡就是平衡态热平衡就是平衡态D处于热平衡的几个系统的温度一定相等处于热平衡的几个系统的温度一定相等左右容器是等量的左右容器是等量的左右容器是等量的左右容器是等量的气体，中间是绝热气体，中间是绝热气体，中间是绝热气体，中间是绝热隔板。隔板。隔板。隔板。P0T2P0TN

16、NBD容器绝热，左右两部分装有等量气体，中间是导热板。容器绝热，左右两部分装有等量气体，中间是导热板。容器绝热，左右两部分装有等量气体，中间是导热板。容器绝热，左右两部分装有等量气体，中间是导热板。3、平衡态：、平衡态：没有外界影响没有外界影响的情况下，的情况下，系统中系统中各部分各部分的状态参量都达到的状态参量都达到稳定稳定的的状态状态。否则就是非平衡态。否则就是非平衡态。200C 200C第11页，共18页，编辑于2022年，星期二 例例5在热学中，要描述一定气体的宏观状态，需要确定下列哪些在热学中，要描述一定气体的宏观状态，需要确定下列哪些物理量物理量()A每个气体分子的运动速率每个气体

17、分子的运动速率 B压强压强 C体积体积 D温度温度 解析：描述系统的宏观状态，其参量是宏观量，每个气体分解析：描述系统的宏观状态，其参量是宏观量，每个气体分子的运动速率是微观量，不是气体的宏观状态参量气体的压强、子的运动速率是微观量，不是气体的宏观状态参量气体的压强、体积、温度分别是从力学、几何、热学三个角度对气体的性质进体积、温度分别是从力学、几何、热学三个角度对气体的性质进行的宏观描述，是确定气体宏观状态的三个状态参量显然行的宏观描述，是确定气体宏观状态的三个状态参量显然B、C、D选项正确选项正确 BCD 第12页，共18页，编辑于2022年，星期二解析：双金属温度计是利用热膨胀系数不同的

18、铜、铁两解析：双金属温度计是利用热膨胀系数不同的铜、铁两种金属制成的双金属片其弯曲程度随温度变化的原理来工种金属制成的双金属片其弯曲程度随温度变化的原理来工作的，作的，A、B选项是正确的图选项是正确的图7 4一一l左图中加热时，左图中加热时，双金属片弯曲程度增大，即进一步向上弯曲，说明双金属双金属片弯曲程度增大，即进一步向上弯曲，说明双金属片下层热膨胀系数较大，即铜的热膨胀系数较大，片下层热膨胀系数较大，即铜的热膨胀系数较大，C选项选项正确图正确图741右图中，温度计示数是顺时针方向增大，右图中，温度计示数是顺时针方向增大，说明当温度升高时温度计指针顺时针方向转动，则其双金说明当温度升高时温度

19、计指针顺时针方向转动，则其双金属片的弯曲程度在增大，故可以推知双金属片的内层一定属片的弯曲程度在增大，故可以推知双金属片的内层一定是铁，外层一定是铜，是铁，外层一定是铜，D选项是错误的选项是错误的 第13页，共18页，编辑于2022年，星期二两个物体放在一起彼此接触，它们若不发生热传递，其原因是()A它们的能量相同B它们的比热相同C它们的热量相同D它们的温度相同D第14页，共18页，编辑于2022年，星期二下列关于热力学温度的说法中，正确的是()A热力学温度的零点是273.15 B-136 比136K温度高 C0 等于273.15K D1就是1K E升高1就是升高274KABC第15页，共18

20、页，编辑于2022年，星期二在25左右的室内，将一只温度计从酒精中拿出，观察它的示数变化情况是（）A温度计示数上升B温度计示数下降C温度计示数不变D示数先下降后上升D第16页，共18页，编辑于2022年，星期二一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，并使玻璃管内吸人一段水柱。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。说明说明“伽利略温度计伽利略温度计”的测的测温物质和测温属性。温物质和测温属性。伽利略温度计伽利略温度计第17页，共18页，编辑于2022年，星期二华氏温标华伦海特(GDFahrenh

21、eit)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0F表示之，把冰的熔点定为32F，把水的沸点定为212F，在32212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

22、了华氏温度(指示数)。摄氏温标后来摄耳修司(ACelsiua)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。第18页，共18页，编辑于2022年，星期二