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温度和温标
第二章 气体、固体和液体
思考与讨论：
新课引入
假如一个容器用挡板K隔开，容器中的气体被分成A、B两部分，它们的压强分别为pA、PB，温度分别为TA、TB。打开挡板K后，如果容器与外界没有能量交换，经过一段时间后，容器内的气体会是什么状态
压强大的气体会向压强小的一方流动，温度高的气体会向温度低一侧传热，经过一段时间后，窗口内各点的压强和温度都相同且不再变化。
在热学中，把某个范围内大量分子组成的研究对象叫做热力学系统，简称系统。
2.外界：
系统之外与系统发生相互作用的其他物体统称为外界。
例如：酒精灯加热容器中的气体
把气体作为研究对象，它就是一个热力学系统。
而容器和酒精灯就是外界。
1、热力学系统（系统）
一、状态参量与平衡态
(1)状态参量 : 描述系统状态的物理量
几何参量: 体积V
力学参量：压强P
热学参量： 温度T
(2)常见状态参量：
新课讲授
3、状态参量：
4.平衡态
在没有外界影响的情况下，只要经过足够长的时间，系统各部分的状态参量能够达到稳定状态，这种状态叫做平衡态。
4.平衡态
（1）系统整体的宏观性质（P、V、T）将不随时间而变化、且具有确定的状态。
（3）平衡态也是一种动态平衡。组成系统的分子仍在不停地做无规则运动，只是分子运动的平均效果不随时间变化，表现为系统的宏观性质不随时间变化。
（2）平衡态指一个系统的状态；
说明：
二、热平衡与温度
1.定义：
两个系统相互接触而传热，这两个系统的状态参量将会互相影响而分别改变．经过一段时间后，各自的状态参量不再变化，这说明两个系统达到了平衡，这种平衡叫热平衡。
2.两个系统达到热平衡的实质：接触时两系统不再进行热传递。
不传热的充分条件是温度相同，因此两系统达到热平衡时，两个系统不再变化的状态参量是温度T。
二、热平衡与温度
理解：
即使两个物体没接触过，但只要两个系统在接触时它们的状态不发生变化,我们就说这两个系统原来就处于热平衡。
【问题】“平衡态”就是“热平衡”吗？
（1）“平衡态”指的是一个系统的状态。
“热平衡”指的是两个或多个系统之间的关系。二者本质不同。
（2）“平衡态”是指在没有外界影响下，一个系统的温度，压强，体积都不变了；
而热平衡是指两个或多个系统的之间的关系。
一个系统内的温度，压强和体积都不再变化，才是处于平衡态；
若两个系统的温度相等，则这两个系统已达到热平衡。
关系：处于热平衡的两个系统都处于平衡态
3、热平衡定律(热力学第零定律）
实验表明：如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定处于热平衡。
4、温度
热平衡定律表明，当两个系统A、B处于热平衡时，它们必定具有某个共同的热学性质，我们就把表征这一“共同的热学性质”的物理量叫作温度。
一切达到热平衡的系统都具有相同的温度。温度是标志一个系统与另一个系统是否处于热平衡状态的物理量，这就是常用温度计能够用来测量温度的基本原理．
5、部分人们已观测到的温度
温度计：用来测量物体温度的仪器。常用的是液体温度计。
（1）常用温度计原理：一切互为热平衡的系统都具有相同的温度。
（2）注意：
①温度计是利用物质的某一物理属性随温度变化(比如热胀冷缩的特性)来标志温度的。
1、温度计
三、温度计与温标
1593年，伽利略发明了第一支空气温度计。
这种气体温度计是用一根细长的玻璃管制成的。
它的一端制成空心圆球形；
另一端开口，事先在管内装进一些带颜色的水，并将这一端倒插入盛有水的容器中。
在玻璃管上等距离地标上刻度。
这样，当外界温度升高时，玻璃球内气体膨胀，使玻璃管中水位降低；
反之，温度较低时，玻璃球内气体收缩，玻璃管中的水位就上升。
常见温度计
水银
酒精
气体
2、温标
（1）温标：定量描述温度的方法叫做温标 。
（2）常见温标：摄氏温标、热力学温标、华氏温标
（3）摄氏温标：把标准大气压下，冰水混合物的温度规定为0℃；水的沸腾温度（沸点）规定为100℃。并在0℃刻度与100℃刻度之间均匀分成100等份，每份算做1℃。
摄氏温度：用摄氏温标表示的温度叫做摄氏温度（t）。
单位：摄氏度，“℃”
① 定义：1848年，开尔文建立了热力学温标，规定摄氏温度的-273.15oC为零值，它的一度也等于摄氏温度的一度。这种表示温度的方法就是开尔文温标，也叫热力学温标，表示的温度叫热力学温度（T）。
③ 单位：开尔文，简称开。符号为K．
② 热力学零度(绝对零度): - 273.15 oC
④ 摄氏温度t与热力学温度T的关系：
T＝t+273.15 K
（4）热力学温标（绝对温标）
它是国际单位制中七个基本物理量之一。
说明：
（2）由T＝t+273.15 K可知，物体温度变化l℃与变化l K的变化量是等同的，但物体所处状态为l℃与l K是不同的。
即： T = t
（1）热力学温度的零度（0K）是低温的极限，永远达不到。故热力学温度不能出现负值。
两种温标的区别
温度的两种数值表示法：摄氏温标和热力学温标
摄氏温标 热力学温标
提出者 摄氏萨斯和施勒默尔 英国物理学家开尔文
零度的规定 一个标准大气压下冰水混合物的温度 －273.15 ℃
温度名称 摄氏温度 热力学温度
温度符号 t T
单位名称 摄氏度 开尔文
单位符号 ℃ K
关系 (1)T＝t＋273.15 K，粗略表示：T＝t＋273 K (2)每一开尔文的大小与每一摄氏度的大小相等
形形色色的温度计
固体温度升高时会膨胀
把线膨胀程度不同的两种金属片压合在一起，温度变化时，双金属片的弯曲程度会发生变化，带动指针偏转，指示温度
把一条金属丝的两端分别与另一条不同材料金属丝的两端熔焊，接成闭合电路，倘若两个焊点之间有温度差，电路中就有电动势产生，温度差越大，电动势也越大。
根据电动势就可以度量两个焊点之间的温度差。
温差电现象
各种温度计中，起测温作用的器件种类是不同的，即随温度变化的物理量不同，说说下面几种分别是依据哪种物理量随温度的变化来实现测温？
水银温度计 气体温度计 热电偶温度计
——水银热胀冷缩
电阻温度计
—金属电阻随温度变化
——气体压强随温度变化
——不同导体因温差产生的电动势大小
【例题1】如果一个系统达到了平衡态，那么这个系统各处的（ ）
A.温度、压强、体积都必须达到稳定的状态不再变化
B.温度一定达到了某一稳定值，但压强和体积仍是可以变化的
C.温度一定达到了某一稳定值，并且分子不再运动，达到了“凝固”状态
D.温度、压强稳定，但体积仍可变化
解析：
如果一个系统达到了平衡态，系统内各部分的状态参量如温度、压强和体积等不再随时间发生变化。温度达到稳定值，分子仍然是运动的，不可能达到所谓的“凝固”状态。
A
【例题2】下列说法正确的是（ ）
A.放在腋下足够长时间的水银体温计中的水银与人体达到热平衡
B.温度相同的棉花和石头相接触，需要经过一段时间才能达到热平衡
C.若a与b、c分别达到热平衡，则b、c之间也达到了热平衡
D.两物体温度相同，可以说两物体达到了热平衡
解析：
当温度计的液泡与被测物体紧密接触时，如果两者的温度有差异，它们之间就会发生热传递，高温物体将向低温物体传热，最终使二者的温度达到相等，即达到热平衡，故A、D正确；两个物体的温度相同时，不会发生热传递，已经达到热平衡，故B错误；若a与b、c分别达到热平衡，三者温度一定相等，所以b、c之间也达到了热平衡，故C正确。
ACD
【例题3】伽利略在1593年制造了世界上第一个温度计——空气温度计，如图所示，一个细长颈的球形瓶倒插在装有红色液体的槽中，细管中的液面清晰可见，如果不考虑外界大气压的变化，就能根据液面的变化测出温度的变化，则( )
A.该温度计的测温物质是槽中的液体
B.该温度计的测温物质是细管中的红色液体
C.该温度计的测温物质是球形瓶中的空气
D.该温度计是利用测温物质的热胀冷缩的性质制造的
解析：
细管中的红色液体是用来显示球形瓶中空气的体积随温度变化情况的，测温物质是球形瓶中封闭的空气，该温度计是利用空气的热胀冷缩的性质制造的，故A、B错误，C、D正确。
CD
小试牛刀
1.关于温度与温标,下列说法正确的是 (　 　)
A.温度与温标是一回事,所以热力学温标也称为热力学温度
B.摄氏温度与热力学温度都可以取负值
C.摄氏温度升高3 ℃,在热力学温标中温度升高276.15 K
D.热力学温度每一度的大小与摄氏温度每一度的大小相等
D
解析：温度与温标不是一回事,A错误;热力学温度不可以取负值,B错误;根据T=t+273.15 K可知,摄氏温度升高3 ℃,在热力学温标中,温度升高3 K,C错误;热力学温标的分度与摄氏温标的分度是相等的,即热力学温度每一度的大小与摄氏温度每一度的大小相等,D正确。故选D。
小试牛刀
2.气体初始温度为27 ℃,升高了20 ℃,用热力学温标表示,气体初始温度为(　　)
A.300 K,升高了20 K
B.27 K,升高了20 K
C.300 K,升高了293 K
D.27 K,升高了293 K
A
解析：摄氏温度与热力学温度的关系是T=t+273 K,气体初始温度为27 ℃,用热力学温标表示为T=t+273 K=300 K,温度升高了Δt=20 ℃=20 K,故A正确。
3.(多选)下列说法正确的是（ ）
A.只有处于平衡态的系统才有状态参量
B.状态参量是描述系统状态的物理量，故当系统状态变化时，其各个
　状态参量都会改变
C.两物体发生热传递时，两系统处于非平衡态
D.0 ℃的冰水混合物放入0 ℃的环境中，冰水混合物处于平衡态
CD
状态参量是描述系统状态的物理量，与系统是否处于平衡态无关，且系统状态变化时，不一定各个状态参量都改变，A、B错误；处于热传递过程中的两系统处于非平衡态，C正确；0 ℃的冰水混合物放入0 ℃的环境中，其温度、压强、体积都不再变化，冰水混合物处于平衡态，D正确。
小试牛刀

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