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深入探讨下温度的本质
浏览: 发布日期:2019-10-23

  温度这个概念,相信大家都非•☆■▲常熟悉,例如,今天的气温多少、冰淇淋是冷的,开水是热的。没错,相信许多人的认识中,温度就是冷热的一个评判称量。温度高,就是热;温度低,就是冷。这是生活中的常识,我们不能说它错了。

  首先,我们来看看“温度”这个概念的重要性。我们重温下著名鼎鼎的热力学三大定律:

  热力学◆▼三大定律中,有两个就与“温度”直接描述。可见,温度在整个热力学科学△▪️▲□△中的重要性。那么,“温度”的科学定义是什么呢?

  前半句是宏观描述“温度”,这个普通老百姓都能理解。后半句是微观讲。那么,这里就有了热力学的另外一个名词“热运动”。什么是热运动呢?

  热运动是指一切物质的分子都在不停地做无规则的运动。那么分子为什么会在不停地做无规则运动呢?

  那是因为分子具有动能,为什◆◁•么分子具有动能?那是因为分子由电子和原子核组成,而原子核由质子,中子构成,再细分下去,还有夸克(这个老曾我不确定能不能继续细分下去了,在细分下◇▲=○▼=△▲去就会引出为什么宇宙中会出现夸克,是什么导致它存在?是无中生有吗?还是爱恩斯坦的能量质量转换公式?那么能量又是什么玩意?能量长什么样子?能量的尺度和重量多少?为什么存在能量呢?好了,不能再说下去了,有兴趣自己问下去吧。追问到底就是哲学问题了,有与无,存在与不存在的问题。不就是聊温度嘛,怎么聊到终极哲学问题呢,再参下去,就会扯到宗教一些见解了,不能说了。)。正是由于这些构成分子的粒子产生弱核力、电磁力、引力、强力,导致分子不停★△◁◁▽▼★-●△▪️▲□△▽运动。为什么有这四个基本力?这个自己去找答案吧,已经跑题很远很远了。

  其中,v是分子运动速度,而且是分子的不同自由度的运动,包括上下左右自转运动。k就是课堂上常听到但是又不知其内在含义的玻尔兹曼常数了。T就是温度了。从这个公式看,分子运动速度和温度成正比,而分子运○▲动速度就是分子剧烈程度的表现。

  好了,到了这里,应该就明口▲=○▼白后半句“微观上来讲是物体分子热运动的剧烈程▪️•★度。”的内在含义了。随便说下,大名鼎鼎的理想气体状态方程 PV=nRT可以从上面的公式推出来哦。

  从上面公式看,当分子运动速度为0时,温度就是0k(俗称绝对零度)。这个绝对零度,就是-273.15℃,这个数字是实验和理论都能得到,自己找找书看。反过来,在绝对零度下,分子不动,这时候的●物质表现为完美晶体。那么绝对零度能存在吗?分子里面的▲●电子、质子、中子等等,可能让它们静止不动吗?

  上面定义说,“微观上来讲是物体分子热运动的剧烈程度。”那么,在真空中,是不存在分子的,那么真空本身有温度吗?真空的温度是怎么定义?

  上面公式和定义是基于统计学得到的,就是大量分子一起的结果。那么,一个分子▲●…△有没有温度?它的温度又是如何测试,如何分布?

  热力学第零定律:若两个热力学系统均与第三个系统处于热平衡状态(温度相同),此两个系统也必互相处于热平衡。

  热力学第零定律(英语:Zeroth Law of Thermodynamics),又称热平衡定律,是热力学的四条基本定律之一,是一个关于互相接触的物体在热平衡时的描述,以及为温度提供理论基础。

  第零定律的★▽…◇聪明之处在于,定义了温度是一个态函数,但是没限定是分子,而是用“系统”一词来衡量!小到分子,原子,夸克,大到地球、宇宙等等,都可以划分为一个个系统,系统没有大小之分。在物理学上,真空是不空,不存在分子,但是存在光子、辐射线等等。这样,就可以为上面疑问的“温度”定义提供很好的考量方式了。

  热力学第零定律的重要性在于它给出了温度的定义和温度的测量方法。定律中所说的热力学系统是指由大量分子、原子组成的物•●体或物体系。它为建立温度概念提供了实验基础。PK10开户这个定律反映出:处在同一热平衡状态的所有的热力学系统都具有一个共同的宏观特征,这一特征是由这些互为热平衡系统的状态所决定的一个数值相等的状态函数,这个状态函数被定义为温度。而温度相等是热平衡之必要的条件。

  例如,温度计就是按照此定律制造出来。温度计就是第零定律中的“第三个系统”。

  第零定律没有给出温度的具体数学公式,而是依赖你选择的系统。这样就没有给“温度”概念设置范围,使得“温度”一词高度抽象。反正你要测量“温度”,那就得找到一个“第三方系统”。这个,我们现在几乎所有的测温方式都是采用第三方作为工具测量,如温度计。

  说到这,老曾觉得,两个定义都有道理,第一个给出了分子在统计学上的“温度”计算数学公式。第二个就给出了温度的基础,适用范围更广泛。但是,老曾觉得到目前为止,“温度”依然没有最科学的定义。你认▼▼▽●▽●为呢?

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