4　温度和温标 (4).ppt

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1、=新课标物理选修3-3=：第七章：分子动理论分子动理论7.4 7.4 7.4 7.4 温度和温标温度和温标温度和温标温度和温标zxxk知识回顾知识回顾知识回顾知识回顾1、分子间的作用力有什么特点、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引力和斥力，都随分子间距离r的增大而减小增大而减小，随r的减小而增大，但斥斥力比引力变化的快力比引力变化的快2、分子间作用力与、分子间作用力与分子距离有什么样分子距离有什么样的关系的关系?F F斥斥斥斥F F引引引引r r0 0F F分分分分r rF Fr r0 01、什么是系统和状态参量、什么是系统和状态参量?2、什么是平衡态、什么是平衡态?3、什

2、么是热平衡和热平衡定律、什么是热平衡和热平衡定律?4、温度和温标是如何定义的、温度和温标是如何定义的?5、如何确定温标、如何确定温标?本节导引本节导引本节导引本节导引一、状态参量与平衡态一、状态参量与平衡态一、状态参量与平衡态一、状态参量与平衡态研究物理问题研究物理问题研究物理问题研究物理问题研究对象研究对象一个物体一个物体多个物体多个物体系统系统研究的问题不同研究的问题不同选取的选取的系统系统常不同常不同例如：例如：热学研热学研究对象究对象系统以外的物质统称为系统以外的物质统称为外界外界或或环境环境热力学热力学系系 统统如如气体气体、液液 体体、固体固体等等大量分子组大量分子组成的物体或成的

3、物体或物体系统物体系统研究对象研究对象其他物体(1)(1)(1)(1)热力学系统热力学系统热力学系统热力学系统：在热学中，把某个范：在热学中，把某个范围内大量分子组成的围内大量分子组成的 叫做叫做热力学系统，简称系统。，简称系统。(2)(2)(2)(2)外界：外界：外界：外界：系统之外与系统发生系统之外与系统发生相互作用相互作用的的 统称外界。统称外界。1.1.1.1.热力学系统热力学系统热力学系统热力学系统和和外界：外界：外界：外界：一般说来热力学系统，要研究以下几个的性质：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、磁场作用下的性描述系统在电、磁场作用下的性 质，如质，如电场强

4、度电场强度，磁感应强度磁感应强度等。等。几何性质几何性质 描述系统的描述系统的大小大小、形状形状、体积体积等。等。力学性质力学性质 描述系统的描述系统的压强压强、应力应力、表面张力表面张力等。等。热学性质热学性质 描述系统描述系统温度温度。电磁性质电磁性质2 2 2 2、状态参量、状态参量、状态参量、状态参量 某氧气瓶容积为某氧气瓶容积为100L，其内氧气在温度为，其内氧气在温度为20oC时的气压为时的气压为5atm。描写系统状态的物理量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如：一辆汽车经过二中门口时的速度为10m/s，加速度为加速度为1m/s2。气体的状态参量气体的状态参量

5、（1）温度）温度（2）体积）体积（3）压强）压强-热学性质热学性质-几何性质几何性质-力学性质力学性质2 2 2 2、状态参量、状态参量、状态参量、状态参量 对对于于一一个个封封闭闭系系统统，在在经经过过相相当当长长的的时时间间后后，系系统统整整体体的的宏宏观观性性质质将将不不随随时时间间而而变变化化、且具有确定的状态、且具有确定的状态平衡状态，简称平衡状态，简称平衡态平衡态。特点：特点：系统的系统的所有性质所有性质都都不不随时间随时间变化变化0oC2atm5atm60oC绝热绝热3 3 3 3、平衡态、平衡态、平衡态、平衡态动态的平衡动态的平衡动态的平衡动态的平衡二、热平衡与温度二、热平衡与

6、温度二、热平衡与温度二、热平衡与温度k10oC5atm50oC6atm绝热绝热力学平衡力学平衡具有一种相同具有一种相同的的力学力学性质性质压强压强+-静电平衡静电平衡具有一种相同具有一种相同的的电学电学性质性质电势电势10OC200OC绝热绝热热平衡热平衡具有一种相同具有一种相同的的热学热学性质性质温度温度系统间的相互作用系统间的相互作用系统间的相互作用系统间的相互作用特征特征温度相等温度相等1 1 1 1、热平衡、热平衡、热平衡、热平衡 如果两个系统相互接触而传热如果两个系统相互接触而传热,它们的状态它们的状态参量将改变，但经过一段时间后，状态参量不参量将改变，但经过一段时间后，状态参量不再

7、变化再变化,达到了相同的温度达到了相同的温度,我们就说两个系统达我们就说两个系统达到了到了热平衡热平衡。（两个系统达是通过热传递热达。（两个系统达是通过热传递热达到的平衡）到的平衡）甲甲T甲甲乙乙T乙乙只要两个系统在接触时它们只要两个系统在接触时它们的状态不发生变化的状态不发生变化,就说这就说这两个系统原来就处于热平衡两个系统原来就处于热平衡2 2 2 2、热力学第零定律（热平衡定律）、热力学第零定律（热平衡定律）、热力学第零定律（热平衡定律）、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达到热平衡，那么这两个系统也必定处

8、于热平衡处于热平衡热平衡定律热平衡定律热平衡定律热平衡定律若系统若系统A，C达到热平衡达到热平衡若系统若系统B，C达到热平衡达到热平衡 A A A A和和和和B B B B也是处于热平衡也是处于热平衡也是处于热平衡也是处于热平衡3 3 3 3、温度、温度、温度、温度 一切达到一切达到一切达到一切达到热平衡的系统热平衡的系统热平衡的系统热平衡的系统都具有相同的都具有相同的都具有相同的都具有相同的温度温度温度温度 温度温度是决定一个系统与另一个是决定一个系统与另一个系统是否达到系统是否达到热平衡热平衡热平衡热平衡状态的物理量状态的物理量 两个系统达到热平衡时具有的两个系统达到热平衡时具有的共同性质

9、共同性质共同性质共同性质是是温度相同温度相同温度理解温度理解温度理解温度理解高中高中初中初中温度温度是描述物体冷热程度的物理量是描述物体冷热程度的物理量-宏观上宏观上温度温度是决定一个系统与另一个系统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标志物体内部分子无规则热运动的剧标志物体内部分子无规则热运动的剧标志物体内部分子无规则热运动的剧烈程度烈程度烈程度烈程度-微观上微观上微观上微观上三、温度计与温标三、温度计与温标三、温度计与温标三、温度计与温标1 1 1 1、温标、温标、温标、温标定量描述温度的方法定量描述温度的方法 建

10、立一种温标的建立一种温标的三要素三要素：选择某种物质（叫做选择某种物质（叫做测温物质测温物质）的某一随温）的某一随温度变化的属性（叫做度变化的属性（叫做测温属性测温属性）来标志温度；）来标志温度；选定固定点（规定零点）；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）。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

11、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建立一种温标的三要素：建立一种温标的三要素：选择测温物质选择测温物质选择测温物质选择测温物质（水银（水银/铂铂/气体气体/热电偶）热电偶）确定测温属性确定测温属性确定测温属性确定测温属性（体积（体积/电阻电阻/压强压强/电动势）电动势）选定温度零点和分度方法选定温度零点和分度方法选定温度零点和分度方法选定温度零点和分度方法1 1 1 1、温标、温标、温标、温标定量描述温度的方法定量描述温度的方法体积与温度成线性变化体积与温度成线性变化一支玻璃管一端与一个一支玻璃管一端与一个鸡蛋大小的玻璃泡相连，鸡蛋大小的玻璃泡相连

12、，另一端竖直插在水槽中，另一端竖直插在水槽中，并使玻璃管内吸入一段并使玻璃管内吸入一段水柱。当气温变化时，水柱。当气温变化时，玻璃泡中气体压强会随玻璃泡中气体压强会随着变化，从而使玻璃管着变化，从而使玻璃管内水柱高度发生变化。内水柱高度发生变化。根据管内水柱高度的变根据管内水柱高度的变化就可测出相应的温度。化就可测出相应的温度。温度计温度计温度计温度计双金属温度计双金属温度计双金属温度计双金属温度计它是利用铜片与铁片铆合它是利用铜片与铁片铆合在一起的双金属片的在一起的双金属片的弯曲程度随温度变化弯曲程度随温度变化的原理制成的的原理制成的温度计温度计温度计温度计 华氏温标华氏温标华氏温标华氏温标

13、华伦海特华伦海特(GDFahrenheit)最初所制的最初所制的水银温度水银温度计计是在北爱尔兰最冷的某个冬日，水银柱降到最低的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高度定为零度；把他妻子的体温定为100度，然后再度，然后再把这段区间的长度均分为把这段区间的长度均分为100份，每一份叫份，每一份叫1度。这就度。这就是最初的华氏温标。显然，认定气温和人的体温作为是最初的华氏温标。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人的体温在一天之

14、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，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把冰、水、氯化铵和氯化钠的混合物的熔点定为零度，定为零度，以以0F表示之，把冰的熔点定为表示之，把冰的熔点定为32F，把水的沸点定，把水的沸点定为为212F，在，在32212的间隔内均分的间隔内均分180等分，这样，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许多国家使用的华氏温标1，华氏温标确定之后，就，华氏温标确定之后，就有了华氏温度有了华氏温度(

15、指示数指示数)。摄氏温标摄氏温标摄氏温标摄氏温标后来摄耳修司后来摄耳修司(ACelsiua)也用水银作测温质，以也用水银作测温质，以冰的熔点冰的熔点为零度为零度(标以标以0)，以，以水的沸点为水的沸点为100度度(标以标以100)。他认定水。他认定水银柱的长度随温度作线性变化，在银柱的长度随温度作线性变化，在0度和度和100度之间均分成度之间均分成100等份，每一份也就是每一个单位叫等份，每一份也就是每一个单位叫1摄氏度。这种规定办法就摄氏度。这种规定办法就叫摄氏温标。叫摄氏温标。统一的热力学温标统一的热力学温标统一的热力学温标统一的热力学温标为了结束温标上的混乱局面，开尔文为了结束温标上的混

16、乱局面，开尔文(即即W汤姆逊汤姆逊)这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当然也就不依赖任何测温质的任何物理性质质)的绝对真实的绝对温标，也叫开氏温标或热力学温标。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，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。

17、卡诺循环描绘了理想热机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，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。给出了热机效率的上限。摄氏温标：摄氏温标：摄氏温标：摄氏温标：标准大气压下冰的熔点为标准大气压下冰的熔点为0oC标准大气压下水的沸点为标准大气压下水的沸点为100oC在在0oC与与100oC之间等分成之间等分成100等份，每份算做等份，每份算做1oC热力学温标：热力学温标：热力学温标：热力学温标：热力学温度是国际单位制中七个热力学温度是国际单位制中七个基本物理量基本物理量之一，之一，用符

18、号用符号T表示，单位是表示，单位是开尔文开尔文，简称，简称开开，符号为，符号为K。开氏温度开氏温度T与摄氏温度与摄氏温度t的关系是：的关系是：T=t+273.15 KT=t 温标：温标：温标：温标：_地描述温度的方法(1)(1)(1)(1)摄氏温标。摄氏温标。摄氏温标。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)(2)(2)(2)热力学温标。热力学温标。热力学温标。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 0 100-273.151 1 1 1、温标、温标、

19、温标、温标(3)(3)(3)(3)摄氏温度与热力学温度。摄氏温度与热力学温度。摄氏温度与热力学温度。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t273.15T=t1 1 1 1、温标、温标、温标、温标 华氏温标：华氏温标：华氏温标：华氏温标：华氏温标的温度tF与t之间的关系：tF32+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 1 1 1、温标、温标、温标、温标2、热力学温度、热力学温度

20、 (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叫做热力学温度，它是国际单位制中七个基本物理量之一。度，它是国际单位制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)摄氏温度摄氏温度t与热力学温度与热力学温度T的关系：的关系：Tt+273.15 K 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 T T T T=0K =0K =0K =0K 称为绝对零度，绝度零度不可能达到。称为绝对零度，绝度零度不可能达到。称为绝对零度，绝度零度不可能达到。称为绝对零度，绝度零度不可能达到。1 1 1

21、1、温标、温标、温标、温标摄氏温度摄氏温度热力学温度热力学温度提出者提出者瑞典天文学家摄尔西斯瑞典天文学家摄尔西斯英国物理学家开尔文英国物理学家开尔文零度零度的规定的规定标准大气压下冰水混合标准大气压下冰水混合物的温度物的温度273.15 温度名称温度名称摄氏温度摄氏温度热力学温度热力学温度温度符号温度符号tT单位名称单位名称摄氏度摄氏度开尔文开尔文单位符号单位符号K关系关系(1)Tt273.15 K，粗略表示：，粗略表示：Tt273 K(2)Tt2 2 2 2、摄氏温度与热力学温度的比较摄氏温度与热力学温度的比较摄氏温度与热力学温度的比较摄氏温度与热力学温度的比较本节总结本节总结本节总结本节总结1、系统和状态参量、系统和状态参量?2、平衡态、平衡态?3、热平衡和热平衡定律、热平衡和热平衡定律?4、温度和温标的定义、温度和温标的定义 5、确定温标、确定温标本节总结：本节总结：本节总结：本节总结：