涼的、冷的、溫的、暖的、熱的、燙的等一些詞經(jīng)常被用來形容或描述冷、熱感覺。當(dāng)我們觸摸物體時(shí),這些冷熱感覺恰好說明物體具有某一種性質(zhì),即所謂溫度。
在不同的條件下,不同的物體有不同的溫度。如何才能確定溫度的數(shù)值呢?首先,要找好一種物體作為溫度計(jì),然后再選擇一個(gè)隨冷熱程度有顯著變化的物理量作為溫度的標(biāo)志。溫度的數(shù)值表示法叫做溫標(biāo)。
生活中最常用的溫標(biāo)是攝氏溫標(biāo)和華氏溫標(biāo)。攝氏溫標(biāo)規(guī)定在一大氣壓下水的冰點(diǎn)為0度,沸點(diǎn)為100度,中間分為100等分,每等分代表1度。攝氏溫度用℃表示。華氏溫標(biāo)規(guī)定在一大氣壓下水的冰點(diǎn)為32度,沸點(diǎn)為212度,中間分為180等分,每等分代表1度。華氏溫度用℉表示。攝氏溫度(C)和華氏溫度(F)之間的換算關(guān)系為:F=9/5C+32。
在長期的觀察和實(shí)踐中人們發(fā)現(xiàn)了一些奇怪現(xiàn)象。假如將一種物體放在一個(gè)容器中,在一定的條件下進(jìn)行適當(dāng)?shù)募訜崛缓笥脙煞N攝氏溫度計(jì)(一種是氣體溫度計(jì),另開種是水銀溫度計(jì))來測(cè)定該物體的溫度。這時(shí),只要物體的溫度不是0℃或100℃,那么兩個(gè)溫度計(jì)測(cè)出的數(shù)值就會(huì)有所別,不可能完全一致。在上述的實(shí)驗(yàn)中,即使兩個(gè)溫度計(jì)的材料相同,如都是氣體溫度計(jì),但一個(gè)以壓強(qiáng)作為溫度的標(biāo)志,而另一個(gè)用體積作為溫度的標(biāo)志,則也會(huì)得到同樣的結(jié)果,即測(cè)出的溫度數(shù)值不嚴(yán)格相等。這又究竟是怎么一回事呢?
原來,由于用作溫度計(jì)的物質(zhì)的性質(zhì)不同,或者是選為溫度標(biāo)志的物理量的不同,所定的溫標(biāo)除了在冰點(diǎn)和沸點(diǎn)相同外在其它溫度往往有微小的差別為了避免這些差異,提高溫度測(cè)量的精確度;以適合科學(xué)研究和工程技術(shù)上的要求,顯然需要建立統(tǒng)一的溫標(biāo),用它作標(biāo)準(zhǔn)來校正其它各種溫標(biāo),從而得到可靠的溫度。
19世紀(jì)中葉,英國科學(xué)家開爾文根據(jù)熱力學(xué)中著名的卡諾定理,推導(dǎo)并引入了一種新的溫標(biāo),它只與物質(zhì)所處狀態(tài)的溫度有關(guān),而不依賴于物質(zhì)本身及其物理性質(zhì)。即果有兩種或者更多的物質(zhì),只要它們所處的狀態(tài)是樣的,那么用這種溫標(biāo)而定出的溫度就必然相同。這就是熱力學(xué)絕對(duì)溫標(biāo),簡(jiǎn)稱為絕對(duì)溫標(biāo)。絕對(duì)溫標(biāo)表示的溫度即絕對(duì)溫度,記作T,單位是開(K)。但絕對(duì)溫度的確定還需再加上一個(gè)條件。在1954年國際權(quán)度會(huì)議決定的條件是選水的三相點(diǎn)(指純冰、純水、和水蒸汽平衡共存的狀態(tài))等于273.16K。
開爾文
為了統(tǒng)一攝氏溫標(biāo)和絕對(duì)溫標(biāo),國際計(jì)量大會(huì)在1960年對(duì)攝氏溫標(biāo)作了新的定義,規(guī)定它由絕對(duì)溫標(biāo)導(dǎo)出。用t表示攝氏溫標(biāo)所確定的溫度,那么,這兩種溫標(biāo)之間的關(guān)系是:T=t+273.15。