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2.1 温度和温标
热学研究的内容
人类生活和生产中，热现象以及对热现象的利用几乎是无处不在的。
热现象的表现之一：物体和环境都有冷热之分。
热现象的表现之二：在物质变化过程中，往往伴随着热的变化。
热现象的表现之三：物质的相互作用也能引起热的变化。
本章，我们将从宏观的角度学习热学知识与相关现象。
1. 状态参量与平衡态
状态参量
热的变化会导致物质许多相关特性的变化，用相应的物理量描述这些特性，并根据物理实验的结果用数学逻辑将这些物理量相关联，就构成了热学理论体系的基础。
体积：各种形态的物质，当温度改变时，体积也随之改变。
压强：若体积的变化受到某种限制，则温度的变化会导致压强的变化。
温度：即冷热的程度。为了衡量并比较冷热程度，必须要有一套量化的温度标定体系，即温标。
高中阶段，我们将主要研究上述物理量之间的关系。
平衡态、热力学第零定律
一个不受外界影响的系统，各种宏观性质不随时间变化的状态叫作平衡态。
只有处于平衡态的系统才有确定的状态参量。
热力学第零定律：如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡态，则它们彼此之间也必定处于热平衡态。
热力学第零定律为温度概念的建立提供了物理基础。
处于热平衡态的所有热力学系统一定具有某种共同的宏观性质，这个决定系统热平衡的宏观性质就是温度。
2. 计温学的发展
温度计的设计与制造
物质的许多物理性质都会随着温度而变化，例如体积、压强、电阻、温差电动势等。如果上 述性质随温度的变化是单向的，则这些物质可被当作测温物质，测温物质随温度变化的性质就是测温属性。
1603年，伽利略制成最早的验温计：一只颈部极细的玻璃长颈瓶，倒置于盛水容器中，瓶中装有一半带颜色的水。随温度变化，瓶中空气膨胀或收缩。
1631年，法国化学家詹 雷伊(Jean Rey,1582-1630)把伽利略的细长颈瓶倒了过来，直接用水的体积的变化来表示冷热程度，但管口未密封，水不断蒸发，误差也较大。
1650年，意大利费迪南二世(G.D.Ferdinand Ⅱ)用蜡封住管口，在瓶内装上红色的酒精，并在玻璃瓶细长颈上刻上刻度，制成现代形式的第一支温度计。
1659年法国天文学家伊斯梅尔 博里奥(Ismael Buolliau)制造了第一支用水银作为测温物质的温度计。
伽利略温度计
测温物质的选择和标准点的确定
德国的格里凯（Guericke)曾提出以马德堡地区的初冬和盛夏的温度为定点温度；
佛罗伦萨的院士们选择了雪或冰的温度为一个定点，牛或鹿的体温为另一个定点；
1665年，惠更斯建议把水的凝固温度和沸腾温度作为两个固定点；
1703年，牛顿把雪的熔点定为自己制作的亚麻子油温度计的零度，把人体温度作为12度等等。
华伦海特(Gabriel Danile Fahrenheit，1686-1736，德国玻璃工人，迁居荷兰)制造了第一支实用温度计：他把冰、水、氨水和盐的混合物平衡温度定为0F，冰的熔点定为32F，人体的温度为96F，1724年，他又把水的沸点定为212F。后来称其为华氏温标。
列奥米尔(Reaumur,1683-1757,法国)以酒精和1/5的水的混合物作为测温物质，1730年制作的酒精温度计，取水的冰点为0R，使酒精体积增加1/1000的温度变化作为10R，这样水的沸点即为80R，称为列氏温标。
摄尔修斯(Anders Celsius,1701-1744,瑞典天文学家)，用水银作为测温物质，以水的沸点为0C冰的熔点为100C，中间100个等分。8年后接受了同事施特默尔（M.Stromer）的建议，把两个定点值对调过来。称为摄氏温标。至1779年全世界共有温标19种。
高温测量
荷兰的马森布罗克(Musschenbrock)在1747年利用金属杆的热胀冷缩性质制造了金属温度计；
本世纪八十年代，韦奇武德(J.Wedgwood)用耐火土块的线度变化制成了量度炉温的高温计。
测温物质的寻找，促进了对物体热膨胀的研究。
计温学的发展和完善，也进一步促进了实验热学研究的进展。
3.热力学温标
19世纪50年代，开尔文注意到：既然卡诺热机与工作物质无关，那么我们就可以确定一种温标，使它不依赖于任何物质，这种温标比根据气体定律建立的温标更具有优越性
据此，1854年，开尔文(威廉.汤姆逊)提出开氏温标，T=272.3 + t。又称热力学温标，它与测温物质的性质无关，即任何测温物质按这种温标定出的温度数值都是一样的。
1954年国际计量大会决定将水的三相点的热力学温度定为273.16K。
热力学温标的0 K相当于-273.15 ℃。
此温度下，水银、酒精等液体早已成为固态
所以这样的温标其实是用气体作为测温物质
通过测量气体的体积或压强随温度的变化来标定温度的
为了不使气体在低温下液化，采用的都是极其稀薄的气体，这样的气体可以视作理想气体。
开尔文
思考
体积、温度、压强都是用来描述一定质量气体状态的物理量,我们称之为气体的状态参量。
这些宏观量与微观量有怎样的联系呢？
请在课后加以思考。

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