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《温度和温标》教学

 新用户65120Joi 2022-06-20 发布于山西
基本概念的教学,其实最难。不思考不觉得有问题,一思考就感觉有点玄学的味道了,温度和质量、时间、空间一样,都是这样的一些物理量。

本节内容的逻辑次序上感觉有点不对劲。讨论温度的意义,就要牵扯到测温,就需要引入测温物质、温标、热平衡的概念,热力学温标本节内容直接给出,实际上这个问题比较复杂,与理想气体状态方程有关,需要学习过后续两节内容后完善。

热学中最核心的概念是温度,另一重要概念是热量。在科学史上长期以来这些基本概念是混淆不清的,但一经辨别清楚,就使得科学得到飞速发展。

物体是由大量分子组成的,分子在做永不停息的无规则运动,分子之间存在着相互作用力。这些因素决定了分子的三种不同的聚集状态:气体、固体和液体。物体处于不同状态时具有不同的物理性质。

温度:原始的定义,物体的冷热程度。仔细推敲,冷热是一种感觉,感觉则带有主观成分,而测温需要客观。大人感觉小孩是否发烧,通常用额头去蹭一蹭,这就是一种感觉,大多数情况下,还是相对比较可靠的,但假如一个发烧的大人去用这种方法去“测量”一个发烧小孩的体温,就有点不太靠谱了。

感觉,同样一个人,将手从热水中放入温水中,感觉是冷的;但若将手从冰水中放入温水中,则感觉是热的。说明感觉有时是不靠谱的,作为科学概念的温度,应该具有一定的客观性。所以对于温度,需要引入客观的测温物质,而不能靠人的主观去感觉。什么比较客观呢?炉火纯青、冰寒于水,这类无神经感知系统的物相对比人要客观多了,借助物对温度的变化,将物当成传感器来帮助人“感知”物体的冷热程度。
比如疫情期间的测温,是用测温枪、体温计去测量,而非人为去感知。
定量的描述温度,需要一套方法,就是温标。类似于行业标准。温标需要xuan选定测温物质、测温属性、固定标准点。比如常用的测体温的水银温度计,测温物质就是水银、是根据水银体积随温度变化的这种属性来测量、标准点就是水的沸点(100摄氏度)和冰点(0度)。

用温度计来反映冷热程度,需要一个可操作的定义。想想测温过程,体温计,夹上5分钟,这个夹5分钟的作用是什么?

就是经过5分钟,温度计的冷热程度通过热传递与您身体的冷热程度一样了。这就涉及到一个概念——热平衡。温度相同的定义:当两个物体达到热平衡后,就认为其冷热程度是一样的。若温度计分别与B和C达到热平衡时显示的温度一样,就说明B和C也是相互热平衡的,这就是热平衡定律或热力学第一定律。

但依赖于测温物质所制成的温度计,会出现一种情况,同一物体,甲测温物质所制成的温度计读数与乙测温物质制成的温度计读数可能会不同。这就要求寻找一种不依赖于测温物质属性的理想温标。

通过阿佛加德罗定律可知:在相同的温度和压强下,摩尔数相等的各种理想气体所占的体积相同。各种理想气体在压强和体积都趋于零的极限情况下(实际不可能到达),所对应的温度是所有可能温度的最低极限,将这个温度定义为绝对零度,以绝对零度为起点的温度称为热力学温度。这就摆脱了对测温物质的依赖。这也是现在采用热力学温标的原因。


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