以绝对零度为起点的温度被称为绝对温度。  在建立经验温标的过程中发现,使用不同测温物质建立的温标是有差别的。这就需要有一个不依赖于测温物质的、统一的温标作为调校的标准。实验显示,用各种气体做测温物质建立的温标差别比较小,因此,所需要的标准温标应该由气体温标产生。气体温标由气体温度计实现。有两种类型的气体温度计:定容气体温度计保持气体的体积不变,用气体的压强随温度而变的性质做测温属性;定压气体温度计保持气体的压强不变,用气体的体积随温度而变的性质做测温属性。我们来讨论如何用这两种测温属性建立标准温标。实验显示,当体积不变时,一定量气体的压强 随温度 作线性变化:式中的下标 “0” 是温标的零点的标志, 是气体的压强系数,其取值与所用的气体的成分和定容温标有关。这条规律由 J·A·Charles 于 1787 年发现,被称为查理定律;类似地,当气体的压强不变时,一定量气体的体积 随温度 也作线性变化:式中 是气体的体膨胀系数,其取值与所用的气体的成分和定压温标有关。这条规律由 L·J·Gay-Lussac 于 1802 年发现,被称为盖吕萨克定律。上述定律中的两个系数可以通过实验来确定。以查理定律为例,把一定量的某种气体装入到一个容器中并密封起来,在体积不变的条件下对这种气体在 0℃~100℃ 的范围内测出若干个温度下的压强,把实验数据画在 图上,如下图所示。根据查理定律,图上的数据点应该能够连接成一条直线。但是,由于测量中的各种误差,这些实验数据点并不会落在一条直线上,而是分布在某条直线的附近。可以利用数学方法拟合出一条与所有实验数据最贴近的直线,它应该就是查理定律给出的直线。这条直线与纵轴有一个交点,该处的读数就是 的数值;把这条直线往横轴的负方向延伸,也会在横轴上得到一个交点,该处的读数用 标记。从数学上看, 是当 时的温度值。当然, 是不可能实现的,因此,从物理上看, 实际上是当 时 的极限。于是,在查理定律中令 得到: 在上述实验中,把装在容器中的气体抽掉一部分,使容器内的气体变得更稀薄,再重复上述实验。利用这次实验的数据得出另一条直线,结果发现,它与纵轴的交点会比原来的交点更靠近坐标原点,而与横轴的交点也会稍微靠近或者远离坐标原点,具体的行为与气体的成分有关。继续抽掉一部分气体,重复上述过程,进行一系列的实验,我们将会发现,当容器中的气体越来越稀薄时,纵轴上的截距趋于零,横轴上的交点则趋于某个确定的值 。用不同的气体重复进行上述的一系列实验,所得到的结果显示出这样一种趋势:当气体越来越稀薄时, 其中 的数值与气体的种类无关。于是,在气体越来越稀薄的极限下,我们得到了一个与气体的种类无关的气体压强系数:对于盖吕萨克定律,也可以在气体的压强不变的条件下进行类似的一系列实验。在这种情况下,,所画出的图是 图。与定容的情况相似,当气体越来越稀薄时,横轴上的交点趋于 ,与气体的种类无关。 结果发现,无论用何种气体进行实验,不管是定压条件还是定容条件,只要气体足够稀薄,都会得出这样一种趋势:如上图所示。综合大量实验的结果,于1954年召开的第十届国际计量大会正式规定:这是所有气体在越来越稀薄的极限下的共同特征,把具有这个共同特征的气体称为理想气体。理想气体是一个理想模型,在现实中不可能实现,不过,绝大多数气体在常温常压下都可以被看作近似的理想气体,气体越稀薄,与理想气体的差别就越小。 把理想气体的概念用到查理定律和盖吕萨克定律上得到 受两个公式最后的等号后面的表达式启发,定义一个新的温度符号:根据查理定律和盖吕萨克定律,当 时,理想气体的压强和体积均等于。对于实际气体,这当然是不可能实现的,因为在到达这个温度之前,所有气体都将液化。在更深入一步的课程中,我们会讲到 是温度下降的极限,大自然不可能降温到这个温度。由于这个原因, 的温度就被称为绝对零度,而以绝对零度为起点的温度也就被称为绝对温度。绝对温度的计量单位为 K,中文名称叫做 “开” 或者 “开尔文”。在国际单位制中,规定用 K 作为温度的计量单位。当以绝对温度来表示事物的温度时,水的冰点和沸点分别为:由此看来,一个不依赖于测温物质的、统一的温标应该根据理想气体的特征来制定。
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