电子体温计怎么调回摄氏度 电子体温计怎么调华氏和摄氏( 四 )


自焦耳之后,我们终于可以得出关于热的本质的一个结论:热是微观粒子的运动,它与宏观运动是可以相互转换的 。这一结论在今天看来虽然是没错的,但显然还不够深刻 。人类的认知还在继续 。
热动说的确立使得人们对于热的本质迈出了巨大的一步,但此时我们必须停下来再看一下另一条线索——“温度”的本质了 。让我们从第二节结束的地方接续起来,为了找到一种不依赖于物理属性的理想温标,人们发现不同的气体的温标彼此总是较为接近的,所以人们试图回过头去寻找有关气体和温度的研究 。
气体三大定律发现人:玻意耳、查理、盖吕萨克
时间回到1662年,这一年玻意耳发现,在温度不变的情形下,一定量气体(与气体种类无关)的压强和体积的乘积总是一个定值,称为玻意耳定律;一百多年之后,1787年,查理定律表明,在体积不变的情况下,一定量气体的压强随温度线性变化(看起来挺简单的实验,为什么要等一百多年才做出来呢?结合温标的发展历史,大家自己想想看);1802年,盖吕萨克定律表明,在压强不变的情况下,一定量气体的体积随温度线性变化 。以上三大定律都与气体的种类无关 。这三大定律直接导致了绝对温标和绝对零度的诞生 。
下面这一段我将会使用少量的小学数学工具去分析以上三个定律,并由此告诉大家绝对零度的来历 。不喜欢数学的同学也可以直接跳过这一段 。
人们发现,当气体非常稀薄的时候(这一条件是为了保证气体是理想气体,即气体分子之间的相互作用忽略不计),查理定律和盖吕萨克定律的线性系数都趋近1/273 。细节是这样的:我们取0℃时的气体压强和体积作为基准,比如0℃时我们说气体的体积是1,压强也是1——于是查理定律表明,体积不变的情况下,当温度升高1℃时,压强变为了1+1/273,当温度升高5℃时,压强变为了1+5/273,就是这么简单 。无独有偶,盖吕萨克定律表明,当压强不变的情况下,温度升高1℃时,体积变为了1+1/273,温度升高5℃时,体积变为了1+5/273!
那这个系数1/273是什么呢?敏锐的同学肯定已经发现,这不就是绝对零度嘛(现在的标准,绝对零度是-273.15℃)!为啥叫做绝对零度呢?因为你看,以盖吕萨克定律为例,当温度下降1℃时,体积变为了1-1/273,那当温度下降273℃时,体积岂不是变为了1-273/273=0了吗!因此人们说,这个温度是不能企及的最低温度,称为绝对零度 。
所以说,绝对零度是根据三大气体定律外推出来的一个数值,在当时并不是有什么理论推导也不是因为降到很低温度降不下去了然后说是绝对零度,而完全是由简单的气体实验外推出来的一个使得气体的体积和压强都变为0的“假想”的温度,事实上,在达到这一低温之前气体早已液化或固化了,人们此时也并不知道所谓“绝对零度意味着所有原子停止运动”这一说法 。但我们将在下一节知道这一温度是所有可能达到的温度的最低极限 。1954年经重新核算并为国际计量大会正式规定的数值为:-273.15℃ 。
绝对零度为0K(开尔文温标)、-273.15°C(摄氏温标)或-459.67°F(华氏温标)(来源sciencenotes.org)
1834年克拉伯龙使用三大气体定律建立的温标称为理想气体温标,也就是大家熟知的理想气体状态方程:PV=nRT 。这个温标已经朝摆脱具体测温属性的方向迈出了一大步 。1848年开尔文在卡诺定理的基础上建立了热力学温标(也叫绝对温标、开尔文温标),只需要规定水的三相点(简单理解就是水的冰点)的温度为273.15,就可以得到所有的温度 。具体操作有一点复杂,需要一些附加知识,有兴趣的同学可以去查有关卡诺定理和热力学温标的有关资料 。对我们现在的计算而已,只要把摄氏度减去273.15就可以得到绝对温度,单位为开尔文(K) 。

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