国际实用温标和国际温标

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温标

现代统计力学虽然建立了温度和分子动能之间的函数关系,但由于目前尚难以直接测量物体内部的分子动能,因而只能利用一些物质的某些物性(诸如尺寸、密度、硬度、弹性模量、辐射强度等)随温度变化的规律,通过这些量来对温度进行间接测量。为了保证温度量值的准 确和利于传递,需要建立一个衡量温度的统一标准尺度,即温标。

随着温度测量技术的发展,温标也经历了一个逐渐发展,不断修改和完善的渐进过程。从早期建立的一些经验温标,发展为后来的理想热力学温标和绝对气体温标。到现今使用具有较高精度的国际实用温标,其间经历了几百年时间。

1.经验温标

根据某些物质体积膨胀与温度的关系,用实验方法或经验公式所确定的温标称为经验温标。

(1)华氏温标

1714年德国人法勒海特(Fahrenheit)以水银为测温介质,制成玻璃水银温度计,选取氯化铵和冰水的混合物的温度为温度计的零度,人体温度为温度计的100度,把水银温度计从0度到l00度按水银的体积膨胀距离分成100份,每一份为1华氏度,记作“1℉”。按照华氏温标,则水的冰点为32℉,沸点为212℉。

(2)摄氏温标

1740年瑞典人摄氏(Celsius)提出在标准大气压下,把水的冰点规定为0度,水的沸点规定为100度。根据水这两个固定温度点来对玻璃水银温度计进行分度。两点间作100等分,每一份称为1摄氏度。记作1℃。

摄氏温度和华氏温度的关系

T ℉ = 1.8t℃ + 32

式中 T——华氏温度值;

t ——摄氏温度值;

2.热力学温标

1848年由开尔文(Ketvin)提出的以卡诺循环(Carnot cycle)为基础建立的热力学温标,是一种理想而不能真正实现的理论温标,它是国际单位制中七个基本物理单位之一。该温标为了在分度上和摄氏温标相一致,把理想气体压力为零时对应的温度——绝对零度(是在实验中无法达到的理论温度,而低于0 K的温度不可能存在)与水的三相点温度分为273.16份,每份为1 K (Kelvin) 。热力学温度的单位为“K”。

3. 绝对气体温标

从理想气体状态方程入手,来复现热力学温标叫绝对气体温标。由波义耳定律:

PV=RT

式中 P——一定质量的气体的压强;

V——该气体的体积;

R——普适常数;

T——热力学温度。

当气体的体积为恒定(定容)时,其压强就是温度的单值函数。这样就有:

T2/T1=P2/P1

这种比值关系与开尔文(Ketvin)提出、确定的热力学温标的比值关系完全类似。因此若选用同一固定点(水的三相点)来作参考点,则两种温标在数值上将完全相同。

理想气体仅是一种数学模型,实际上并不存在,故只能用真实气体来制作气体温度计。由于在用气体温度计测量温度时,要对其读数进行许多修正(诸如真实气体与理想气体之偏差修正,容器的膨胀系数修正,又需依据许多高精度、高难度的精确测量;因此直接用气体温度计来统一国际温标,不仅技术上难度很大、很复杂,而且操作非常繁杂、困难;因而在各国科技工作者的不懈努力和推动下,导致产生和建立了协议性的国际实用温标。

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