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热述南力学温度的介绍

热力学温度,又叫热力学温标,符号T,单位K(开尔文,简称开)。早在1787年法国物理学家查告脱更育维拉理(J.Charles)就发现,在压力一定时来自,温度每升高1℃,一定量气体的体积的增加值(膨胀率)是一个定值,体积膨胀率与温施度呈线性关系。国际实用温标是以国际上所通过的一系列纯物质降视的固定点,此时的固360问答定点也就是系统内部完全达到平衡状态,在宏观上没有变化,而满足平衡状态的充要条件是:力学平衡,热平衡,相员黄依烈平衡,和化学平衡(如平衡氢三相点、平衡氢沸点、氧三相点、水三相点、锡凝固点等)。此时的固定点作为基准用于标定规定的基准温度计(如铂电阻温度计和铂-便孩物级己星斤苗10%铑/铂热电偶等)并给出相应的内插公绿岩创轴式用于测定温度。

工程热力学中提部损到的绝对温度,都是绝对温度零度以上的正绝对温度。但是,在20世纪50年代以后,在核磁共振和激光效应的研究,发现核自旋系统和激光系统中,粒子只具有基态和激发态两种能量形态。在正绝对温突仍聚度条件下,基态的粒子数多于激发态的粒子数。但留对爱础是,在核自旋系统和激光系统中则相反,激发态的粒子数承微拉边复出却超过了基态的粒子数。根据玻尔兹曼的粒子分布函数表示式,如果激发态粒子(原子或分子)数大于基态的粒子数,则绝对温度应该为负值,即能够出现负的绝对温度。这是由于根据玻尔兹曼的粒子分布函数表达式,当绝对温度高于无穷大时,才能实现激发态粒子数超过基态的粒子数,才能出现负绝对温度。也就是说,负绝对温度系统的能量大于无穷大绝对温度的能量,导致负绝对温度实际上高于正绝对温度。经典热力学中的温度没有最高温度的概念,只有理论最低温度“绝对零度”。热力学第三定律指出,“绝对零度”是无法通过有限次步骤达到的。在统计热力学中,温度被赋予了新的物理概念——描述体系内能随体系混乱度(即熵)变化率的强度性质做热力学量。由此开创了“热力学负温度区”的全新理论领域。通常我们生存的环境和研究的体系都是拥有无限量子态的体系,在这类体系中,内能总是随混乱度的增加而增加,因而是不存在负热力学温度的。而少数拥有有限量子态的体系,如激光发生晶体,当持续提高体系内能,直到体系混乱度已经不随内能变化而变化的时候,就达到了无穷大温度,此时再进一步提高体系内能,即达到所谓“粒子布居反转”的状态下,内能是随混乱度的减少而增加的,因而此时的热力学温度为负值!但是马杂乡善务基愿适这里的负温度和正温度之间不存在经典的代数关系,负温意屋农案政考亮度反而是比正温度更高的一个温度!经过量子统计力主供学扩充的温标概念为:无限量子态体系:正停基层执越样绝对零度<正温度<正无穷大温度,有限量子态体系:正绝对零度<正温度<正无穷大温度=负无穷大温度<负温度<负绝对零度。正、负绝对零度分别是有限量子态体系热力学温度的下限和上限,均不可通过有限次步骤达到。

早在1787年法国物理学家查理(J.Charles)就发现,在压力一定时,温度每升高1℃,一定量气体的体积的增加值(膨胀率)是一个定值,体积膨胀率与温度呈线性关系。起初的实验得出该定值为气体在0℃时的体积的1/269,后来经许多人历经几十年的实验修正,其中特别是1802年法国人盖·吕萨克(J.***.Gay-Lussac)的工作,最后确定该值1/273.15。将上述气体体积与温度的关系用公式来表示,形式如下:

V=V0(1+t/273.15)=V0(t+273.15)/273.15 式中V是摄氏温度为t/℃时的气体体积。若定义t+273.15≡T(于是0℃+273.15=T0),上述关系就可以用形式更简单的公式来表达:V/T=V0/T0,进一步看,V1/T1=V0/T0,V2/T2=V0/T0,自然有V1/T1=V2/T2,即在任何温度下一定量的气体,在压力一定时,气体的体积V与用T为温标表示的温度成正比。这叫做查理-盖·吕萨克定律。事实上这种关系只适用于理想气体。为此,人们起先把T称为理想气体温度(温标),又叫绝对温度(温标)。在热力学形成后,发现该温标有更深刻的物理意义,特别是克劳修斯(Claosius)和开尔文(Kelvin)论证了绝对零度不可达到,便改称热力学温度(温标),并用Kelvin第一个字母K为其单位。

    物体的温度是构成物体的大量微粒运动(热运动)的激烈程度的宏观体现。例如由单    原子分子构成的气体的大量分子的平均动能Ek与它的温度T的关系经统计热力学理论    推导为:

    E(—)k=3/2kT

    其中k=1.391×10-23J/K,被称为玻尔兹曼(Boltzmann)常量,等于气体常量R与     阿伏加德罗常量N0之比。

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