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第七章 分子動(dòng)理論,第四節(jié) 溫度和溫標(biāo),杯子中盛有正在熔化的0℃的冰水混合物，若將其移至0℃的房間，冰和水質(zhì)量各怎樣變化?說(shuō)說(shuō)其中的道理．,思考：初中階段學(xué)習(xí)的熱傳遞方向是怎樣的?若兩個(gè)接觸物體間沒(méi)有發(fā)生熱傳遞．這兩個(gè)物體一定具有怎樣的共性?,一、平衡態(tài)與狀態(tài)參量,1、系統(tǒng)：物理學(xué)中，把所研究的對(duì)象稱為系統(tǒng)．,系統(tǒng)以外的周圍物體稱之為外界或環(huán)境，系統(tǒng)與外界之間往往存在相互的作用．在物理學(xué)研究中，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部問(wèn)題，往往采取“隔離”分析方法，對(duì)系統(tǒng)與外界的相互作用問(wèn)題，往往采取“整體”分析的方法．,2、狀態(tài)參量 ： 描述物質(zhì)系統(tǒng)狀態(tài)的宏觀物理量叫做狀態(tài)參量．,物理學(xué)中，需要研究系統(tǒng)的各種性質(zhì)，包括幾何性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)、熱學(xué)性質(zhì)、電磁性質(zhì)等等．為了描述系統(tǒng)的狀態(tài)。需要用到一些物理量，例如：用體積描述它的幾何性質(zhì)，用壓強(qiáng)描述力學(xué)性質(zhì)．用溫度描述熱學(xué)性質(zhì)等等,3、平衡態(tài)：系統(tǒng)所有宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間變化時(shí)狀態(tài)稱之為平衡態(tài)．,一個(gè)物理學(xué)系統(tǒng)，在沒(méi)有外界影響的情況下，只要經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)的時(shí)間，系統(tǒng)內(nèi)各部分的狀態(tài)參量會(huì)達(dá)到穩(wěn)定。,熱學(xué)系統(tǒng)所處的平衡態(tài)往往是一種動(dòng)態(tài)的平衡，這種動(dòng)態(tài)平衡性質(zhì)充分說(shuō)明熱運(yùn)動(dòng)是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的一種特殊形式。,例1．在熱學(xué)中，要描述一定氣體的宏觀狀態(tài)，需要確定下列哪些物理量( ) A．每個(gè)氣體分子的運(yùn)動(dòng)速率 B．壓強(qiáng) C．體積 D．溫度,解析：描述系統(tǒng)的宏觀狀態(tài)，其參量是宏觀量，每個(gè)氣體分子的運(yùn)動(dòng)速率是微觀量，不是氣體的宏觀狀態(tài)參量．氣體的壓強(qiáng)、體積、溫度分別是從力學(xué)、幾何、熱學(xué)三個(gè)角度對(duì)氣體的性質(zhì)進(jìn)行的宏觀描述，是確定氣體宏觀狀態(tài)的三個(gè)狀態(tài)參量．顯然B、C、D選項(xiàng)正確．,BCD,二、熱平衡與溫度,1、熱平衡：兩個(gè)系統(tǒng)之間沒(méi)有隔熱材料，它們相互接觸，或者通過(guò)導(dǎo)熱性能很好的材料接觸，這兩個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)參量將會(huì)互相影響而分別改變．最后，兩個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)參量不再變化，說(shuō)明兩個(gè)系統(tǒng)已經(jīng)具有了某個(gè)“共同性質(zhì)”，此時(shí)我們說(shuō)兩個(gè)系統(tǒng)達(dá)到了熱平衡．,熱平衡概念也適用于兩個(gè)原來(lái)沒(méi)有發(fā)生過(guò)作用的系統(tǒng)．因此可以說(shuō)，只要兩個(gè)系統(tǒng)在接觸時(shí)它們的狀態(tài)不發(fā)生變化，我們就說(shuō)這兩個(gè)系統(tǒng)原來(lái)是處于熱平衡的．,2、熱平衡定律(又叫熱力學(xué)第零定律)： 如果兩個(gè)系統(tǒng)分別與第三個(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，那么這兩個(gè)系統(tǒng)彼此之間也必定處于熱平衡，這個(gè)結(jié)論稱為熱平衡定律。,3、溫度 兩個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡時(shí)，它們具有一個(gè)“共同性質(zhì)”。我們就把表征這一“共同性質(zhì)”的物理量定義為溫度。,系統(tǒng)達(dá)到熱平衡的宏觀標(biāo)志就是溫度相同，若溫度不同即系統(tǒng)處于非平衡態(tài)，則系統(tǒng)一定存在著熱交換。,溫度是決定一個(gè)系統(tǒng)與另一個(gè)系統(tǒng)是否達(dá)到熱平衡狀態(tài)的物理量，它的特征就是“一切達(dá)到熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度”這就是常用溫度計(jì)能夠用來(lái)測(cè)量溫度的基本原理．,若溫度計(jì)跟物體A處于熱平衡，它同時(shí)也跟物體B處于熱平衡，根據(jù)熱平衡定律，A的溫度便與B的溫度相等.,例2、一金屬棒的一端與0℃冰接觸，另一端與100℃水接觸，并且保持兩端冰、水的溫度不變．問(wèn)當(dāng)經(jīng)過(guò)充分長(zhǎng)時(shí)間后，金屬棒所處的狀態(tài)是否為熱平衡態(tài)?為什么?,解析：因金屬棒一端與0℃冰接觸，另一端與100℃水接觸，并且保持兩端冰、水的溫度不變時(shí)，金屬棒兩端溫度始終不相同，雖然金屬棒內(nèi)部溫度分布處于一種從低到高逐漸升高穩(wěn)定狀態(tài)，但其內(nèi)部總存在著沿一定方向的能量交換，所以金屬棒所處的狀態(tài)不是平衡態(tài)．,答案：否，因金屬棒各部分溫度不相同，存在能量交換．,三、溫度計(jì)與溫標(biāo),1、溫標(biāo)：定量描述溫度的方法叫做溫標(biāo),溫標(biāo)的建立包含三個(gè)要素： ①選擇溫度計(jì)中用于測(cè)量溫度的物質(zhì)，即測(cè)溫物質(zhì)； ②對(duì)測(cè)溫物質(zhì)的測(cè)溫屬性隨溫度變化規(guī)律的定量關(guān)系作出某種規(guī)定； ③確定固定點(diǎn)即溫度的零點(diǎn)和分度方法．,2、熱力學(xué)溫度．,(1)定義：熱力學(xué)溫標(biāo)表示的溫度叫做熱力學(xué)溫度，它是國(guó)際單位制中七個(gè)基本物理量之一。,(2)符號(hào): T，,(3)單位開(kāi)爾文，簡(jiǎn)稱開(kāi)，符號(hào)為K．,(4) 熱力學(xué)溫標(biāo)與熱力學(xué)溫度T的關(guān)系： T＝t+273.15 K,(5)說(shuō)明,①攝氏溫標(biāo)的單位“℃”是溫度的常用單位，但不是國(guó)際制單位，溫度的國(guó)際制單位是開(kāi)爾文，符號(hào)為K．在今后各種相關(guān)熱力學(xué)計(jì)算中，一定要牢記將溫度單位轉(zhuǎn)換為熱力學(xué)溫度即開(kāi)爾文；,②由T＝t+273.15 K可知，物體溫度變化l℃與變化l K的變化量是等同的，但物體所處狀態(tài)為l℃與l K是相隔甚遠(yuǎn)的；,③一般情況下， T＝t+273 K,例3實(shí)際應(yīng)用中，常用到一種雙金屬溫度計(jì)．它是利用銅片與鐵片鉚合在一起的雙金屬片的彎曲程度隨溫度變化的原理制成的，如圖7—4—1所示．已知左圖中雙金屬片被加熱時(shí)，其彎曲程度會(huì)增大，則下列各種相關(guān)敘述中正確的有 ( ),雙金屬溫度計(jì) 圖7－4－1,A．該溫度計(jì)的測(cè)溫物質(zhì)是銅、鐵兩種熱膨脹系數(shù)不同的金屬 B．雙金屬溫度計(jì)是利用測(cè)溫物質(zhì)熱脹冷縮的性質(zhì)來(lái)工作的 C．由左圖可知，銅的熱膨脹系數(shù)大于鐵的熱膨脹系數(shù) D．由右圖可知，其雙金屬征的內(nèi)層一定為銅．外層一定為鐵,ABC,解析：雙金屬溫度計(jì)是利用熱膨脹系數(shù)不同的銅、鐵兩種金屬制成的雙金屬片其彎曲程度隨溫度變化的原理來(lái)工作的，A、B選項(xiàng)是正確的．圖7－ 4一l左圖中．加熱時(shí)，雙金屬片彎曲程度增大，即進(jìn)一步向上彎曲，說(shuō)明雙金屬片下層熱膨脹系數(shù)較大，即銅的熱膨脹系數(shù)較大，C選項(xiàng)正確．圖7—4—1右圖中，溫度計(jì)示數(shù)是順時(shí)針?lè)较蛟龃螅f(shuō)明當(dāng)溫度升高時(shí)溫度計(jì)指針順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，則其雙金屬片的彎曲程度在增大，故可以推知雙金屬片的內(nèi)層一定是鐵，外層一定是銅，D選項(xiàng)是錯(cuò)誤的．,