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温度是表示物体冷热程度的物理量,微观上来讲是物体分子热运动的剧烈程度。
温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量,而用来量度物体温度数值的标尺叫温标。
溫度
表示物體冷熱程度的物理量
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溫度是表示物體冷熱程度的物理量,微觀上來講是物體分子熱運動的劇烈程度。
溫度只能通過物體隨溫度變化的某些特性來間接測量,而用來量度物體溫度數值的標尺叫溫標。
它規定了溫度的讀數起點(零點)和測量溫度的基本單位。
溫度理論上的高極點是「普朗克溫度」,而理論上的低極點則是「絕對零度」。
「普朗克溫度」和「絕對零度」都是無法通過有限步驟達到的。
目前國際上用得較多的溫標有攝氏溫標(°C)、華氏溫標(°F)、熱力學溫標(K)和國際實用溫標。
一張展示了長期全球月平均地表大氣溫度平均值的地圖。
單原子氣體的溫度和它的原子移動時帶有的動能有密切關係
溫度是物體內分子間平均動能的一種表現形式。
值得注意的是,少數幾個分子甚至是一個分子構成的系統,由於缺乏統計的數量要求,是沒有溫度的意義的。
溫度出現在各種自然科學的領域中,包括物理、地質學、化學、大氣科學及生物學等。
像在物理中,二物體的熱平衡是由其溫度而決定,溫度也會造成固體的熱漲冷縮,溫度也是熱力學的重要參數之一。
在地質學中,岩漿冷卻後形成的火成岩是岩石的三種來源之一,在化學中,溫度會影響反應速率及化學平衡。
大氣層中氣體的溫度是氣溫(atmospherictemperature),是氣象學常用名詞。
它直接受日射所影響:日射越多,氣溫越高。
溫度也會影響生物體內許多的反應,恆溫動物會調節自身體溫,若體溫升高即為發熱,是一種醫學症狀。
生物體也會感覺溫度的冷熱,但感受到的溫度受風寒效應影響,因此也會和周圍風速有關。
目次
1溫度計量
1.1單位
1.1.1轉換
2溫度對自然的影響
3溫度範例
4溫度測量
5參考資料
6外部連結
溫度計量編輯
一個常見的攝氏度溫度計,顯示冬季白天溫度為-17°C。
使用當代科學溫度計和溫度標記法進行溫度計量可以追溯到18世紀早期,加布里埃爾·華倫海特使用了奧勒·羅默發明的溫度計(轉換成了水銀)和標記方式。
華氏溫標仍然在美國日常生活中使用。
使用溫度計標定的溫度可以通過溫度換算轉換為多種溫度計量法。
在當今世界大多數國家(除了貝里斯、緬甸、賴比瑞亞和美國外),攝氏溫標是最為廣泛的計量法。
大多數科學家使用攝氏溫標,並在熱力學溫度上使用攝氏溫標演化出來的熱力學溫標,其起始點0K=−273.15°C(絕對零點)。
在美國,工程領域、高科技行業以及美國聯邦規格(民用和軍用)上也會使用熱力學溫標和攝氏溫標。
在美國的其他一些工程領域,針對諸如燃燒等熱力學相關標準時也會使用蘭金溫標(對華氏溫標的調整)。
單位編輯
在國際單位制中,溫度的最基本單位是克耳文,其符號為K。
在日常使用中,一般為了方便起見都會將其轉換為攝氏溫標,其中0°C接近水的冰點,100°C則為水在海拔0M的沸點。
由於液態的水滴會出現在低於零度的雲層中,因此0°C更好的定義是冰的融化點。
在這種溫標下,1攝氏度和1K溫度變化是一樣的。
根據國際協議,[1]熱力學溫標和攝氏溫標都通過兩個固定點定義:維也納標準平均海水(英語:ViennaStandardMeanOceanWater)的絕對零度和三相點。
絕對零度被定義為0K及−273.15°C。
在該溫度下,所有古典分子運動都會停止,處於古典模型下的完全靜止狀態。
在量子結構下,在絕對零度下仍然有運動和能量,被稱為零點能量。
物質處於其基態[2],不包含熱能。
水的三相點則被定義為273.16K和0.01°C。
而美國廣泛使用的華氏溫標中,水的冰點為32°F,沸點為212°F。
轉換編輯
主條目:溫度單位換算
下面的表格展示了各溫標如何轉換為攝氏溫標。
從攝氏溫標轉換
轉換為攝氏溫標
華氏溫標
[°F] = [°C] × 9⁄5 + 32
[°C] = ([°F] − 32) × 5⁄9
熱力學溫標
[K] = [°C] + 273.15
[°C] = [K] − 273.15
蘭金溫標
[°R] = ([°C] + 273.15) × 9⁄5
[°C] = ([°R] − 491.67) × 5⁄9
德利爾溫標
[°De] = (100 − [°C]) × 3⁄2
[°C] = 100 − [°De] × 2⁄3
牛頓溫標
[°N] = [°C] × 33⁄100
[°C] = [°N] × 100⁄33
列氏溫標
[°Ré] = [°C] × 4⁄5
[°C] = [°Ré] × 5⁄4
羅氏溫標
[°Rø] = [°C] × 21⁄40 + 7.5
[°C] = ([°Rø] − 7.5) × 40⁄21
溫度對自然的影響編輯
溫度對音速、空氣密度、聲阻抗有顯著影響。
不同溫度對音速、空氣密度、聲阻抗的影響。
溫度(°C)
音速(m/s)
空氣密度(kg/m³)
聲阻抗(s/m³)
−10
325.4
1.341
436.5
−5
328.5
1.316
432.4
0
331.5
1.293
428.3
5
334.5
1.269
424.5
10
337.5
1.247
420.7
15
340.5
1.225
417.0
20
343.4
1.204
413.5
25
346.3
1.184
410.0
30
349.2
1.164
406.6
溫度範例編輯
溫度
黑體電磁輻射峰值輻射波長[3]克耳文
攝氏度
絕對零度(嚴格按照定義)
0 K
−273.15 °C
無
目前達到的最低溫度[4]
100pK
−273.149999999900 °C
29,000 km
玻色–愛因斯坦凝聚最低溫[5]
450 pK
−273.14999999955 °C
6,400 km
1毫開(嚴格按照定義)
0.001 K
−273.149 °C
2.89777 m(廣播,調頻波段)[6]宇宙微波背景輻射
2.7K
-270.45°C
1.063mm(微波)
維也納標準平均海水的三相點(嚴格按照定義)
273.16 K
0.01 °C
10,608.3 nm(長波紅外線)
水的沸點[A]
373.1339 K
99.9839 °C
7,766.03 nm(中波紅外線)
電燈泡[B]
2500 K
≈2,200 °C
1,160 nm(接近紅外線)[C]氧炔焰
3600K
≈3,300°C
可見光
太陽可見表面[D][7]
5,778 K
5,505 °C
501.5 nm(綠-藍光)
閃電[E]
28 kK
28,000 °C
100 nm(遠紫外線光)
太陽核心[E]
16 MK
1600萬 °C
0.18 nm(X射線)
核武器(最高溫度)[E][8]
350 MK
3.5億 °C
8.3×10−3 nm(伽瑪射線)
桑迪亞國家實驗室Zmachine[E][9]
2 GK
20億 °C
1.4×10−3 nm(伽瑪射線)[F]大質量恆星最後一天的核心[E][10]
3 GK
30億 °C
1×10−3nm(伽瑪射線)
融合中的雙中子星系統[E][11]
350 GK
3500億 °C
8×10−6 nm(伽瑪射線)
相對論重離子對撞機(英語:RelativisticHeavyIonCollider)[E][12]
1 TK
1兆 °C
3×10−6 nm(伽瑪射線)
CERN質子-核碰撞[E][13]
10 TK
10兆 °C
3×10−7 nm(伽瑪射線)
宇宙在大爆炸之後5.391×10−44s[E]
1.417×1032 K
1.417×1032 °C
1.616×10−26nm(普朗克長度)
A維也納標準平均海水在一個標準大氣壓(101.325 kPa)下,根據熱力學溫度兩點的定義。
B2500 K值為約數,在熱力學溫標和攝氏溫標之間273.15 K的差值被約為300 K,以避免攝氏度值的假精確問題。
C針對一個真正的黑體(鎢燈絲並不是)。
鎢燈絲的輻射比短波要略長,因此看起來更白。
D有效光球溫度。
在熱力學溫標和攝氏溫標之間273.15 K的差值被約為273 K,以避免攝氏度值的假精確問題。
E在熱力學溫標和攝氏溫標之間273.15 K的差值已經忽略不計。
F針對一個真正的黑體(電漿並不是)。
溫度測量編輯
主條目:溫度計
不同溫度的黑體輻射頻譜。
隨著溫度下降,頻譜峰值波長增加
由於溫度會對體積、密度、聲速、阻抗等物理量產生影響,因此可以通過測量這些物理量數值的變化來測量溫度。
目前溫度測量的方法有數十種,按照測量原理可以分為以下幾類:
膨脹測溫法,是採用幾何量(體積、長度)作為溫度的標誌。
如水銀溫度計的測量範圍大約是-30~300°C,酒精溫度計的測量範圍大約是-115~110℃,
電學測溫法,是採用某些隨溫度變化的電阻等電學量作為溫度的標誌。
電阻溫度計多用於低於600℃的場合,熱電偶溫度計測量範圍一般在1600℃以下,此外還有半導體熱敏電阻溫度計。
磁學測溫法,是根據順磁物質的磁化率與溫度的關係來測量溫度,常用在超低溫(小於1K)測量中。
聲學測溫法,採用聲速作為溫度標誌(聲速的平方與溫度成正比)。
主要用於低溫下熱力學溫度的測定。
頻率測溫法,根據物體固有頻率的變化來測量溫度。
石英晶體溫度計的解析度可達萬分之一攝氏度。
光學測溫法,是根據黑體輻射來測量溫度。
如紅外線溫度計[14]。
密度測溫法,如伽利略溫度計。
參考資料編輯
^ThekelvinintheSIBrochure網際網路檔案館的存檔,存檔日期2007-09-26.
^AbsoluteZero.Calphad.com.[2010-09-16].(原始內容存檔於2018-10-09).
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^Worldrecordinlowtemperatures.[2009-05-05].(原始內容存檔於2009-06-18).
^2003年,麻省理工學院的研究者在實驗中得到了玻色–愛因斯坦凝聚的最低溫度450 ±80 pK。
參考資料:CoolingBose–EinsteinCondensatesBelow500Picokelvin,A.E.Leanhardtetal.,Science301,12Sept.2003,p.1515.It'snoteworthythatthisrecord'speakemittanceblack-bodywavelengthof6,400kilometersisroughlytheradiusofEarth.
^在103.456 MHz頻率下,峰值輻射波長為2.89777 m。
^於2002年測量,有±3凱爾文的誤差。
1989年的測量結果(頁面存檔備份,存於網際網路檔案館)為5,777.0±2.5 K。
參考資料:OverviewoftheSun(頁面存檔備份,存於網際網路檔案館)(Chapter1lecturenotesonSolarPhysicsbyDivisionofTheoreticalPhysics,Dept.ofPhysicalSciences,UniversityofHelsinki).
^350 MK的數值是指氫彈的最高燃燒溫度。
原子彈的最高溫度大概在50到100 MK。
參考資料:NuclearWeaponsFrequentlyAskedQuestions,3.2.5MatterAtHighTemperatures.LinktorelevantWebpage.Allreferenceddatawascompiledfrompubliclyavailablesources.
^Infact,theironandmanganeseionsintheplasmaaveraged3.58±0.41 GK(309±35 keV)for3 ns(ns112through115).([//web.archive.org/web/20120419065825/http://prl.aps.org/abstract/PRL/v96/i7/e075003頁面存檔備份,存於網際網路檔案館)(頁面存檔備份,存於網際網路檔案館)IonViscousHeatinginaMagnetohydrodynamicallyUnstableZPinchatOver7009200000000000000♠2×109Kelvin],M.G.Hainesetal.,PhysicalReviewLetters96(2006)075003.LinktoSandia'snewsrelease.網際網路檔案館的存檔,存檔日期2010-05-30.
^大質量(>8–11倍太陽質量)恆星核心溫度離開赫羅圖上主序帶進入燃燒矽-28的α過程(持續1天),依照下列順序演變為重核元素:硫–32→氬–36→鈣–40→鈦–44→鉻–48→鐵–52→鎳–56。
在完成該序帶後數分鐘內,該恆星爆炸成為II型超新星。
參考資料:StellarEvolution:TheLifeandDeathofOurLuminousNeighbors(byArthurHollandandMarkWilliamsoftheUniversityofMichigan).LinktoWebsite(頁面存檔備份,存於網際網路檔案館).更多資料可以參見這裡網際網路檔案館的存檔,存檔日期2013-04-11.,以及這裡網際網路檔案館的存檔,存檔日期2011-08-14.,另外還有來自NASA的有關星體的準確論述網際網路檔案館的存檔,存檔日期2010-10-24.。
^TorusFormationinNeutronStarMergersandWell-LocalizedShortGamma-RayBursts(頁面存檔備份,存於網際網路檔案館),R.Oechslinetal.ofMaxPlanckInstituteforAstrophysics.(頁面存檔備份,存於網際網路檔案館),arXiv:astro-ph/0507099v2,22Feb.2006.Anhtmlsummary(頁面存檔備份,存於網際網路檔案館).
^ResultsofresearchbyStefanBatheusingthePHENIX(頁面存檔備份,存於網際網路檔案館)detectorontheRelativisticHeavyIonCollider(頁面存檔備份,存於網際網路檔案館)atBrookhavenNationalLaboratory(頁面存檔備份,存於網際網路檔案館)inUpton,NewYork,U.S.A. Bathehasstudiedgold-gold,deuteron-gold,andproton-protoncollisionstotestthetheoryofquantumchromodynamics,thetheoryofthestrongforcethatholdsatomicnucleitogether. Linktonewsrelease.(頁面存檔備份,存於網際網路檔案館)
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外部連結編輯
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取自「https://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=温度&oldid=71527576」
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