书城科普读物探索未知-热学知识漫谈
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第7章 热与冷的尺度

每一个物体,它的长度、重量等都是这个宏观物体的内在属性,它与我们称量它们的方式及我们所使用的长度及重量单位是完全无关的。但是,如果要得到一块铁条的长度的数值重量的数值,我们就规定长度、重量的单位,才可以表达出这块铁条长度为10厘米或3寸,重量为0.5千克或者1市斤。这便是度量单位对于物体的宏观参数的数值表达的重要性。

同样,温度也是一个物体体系的宏观状态参数,它与温标的选择是无关的;但如果我们想以一定的数值表达出来,从而进行相互的比较或者交流,那我们就必须选定一种温标。温标包括指定的单位及所选的固定点的温度数值,在这里,固定点一般选用各物质纯净态各相间的平衡态,因为那样的状态是可以重现的,而且具有相同的状态值。在人们对温度的标定的漫长历史过程中,先后选用过多种温标,如摄氏温标、华氏温标、气体温标及热力学温标等,其中可以分为经验温标和热力学温标。

由于水是人们日常生活中间很广泛的很常见的物质,因而人们在许多方面都尽量利用了水的各种性质,温标的确定也同样如此。很久以前,人们发现在一个标准大气压下,只要是纯水与纯冰的混合物,不管是大量的水与少量的冰组成的平衡态,还是少量的水与大量的冰组成的平衡态,它们都具有相同的冷热程度——温度,于是人们便把冰与水在一个标准大气压下达到平衡时的温度称为冰点,规定为温标中的其中的一个固定点——0℃;同样,在一个标准大气压下纯水与纯水蒸汽达到相互平衡时,不管它们相互之间的数量比例如何变化,均具有一定的温度数值,即为汽点,成为温标中的另一个固定——100℃,再把0℃与100℃之间均分为100个等分,一分就是1℃。于是一种经验温标——摄氏温标就建立了。这种和别的种类的经验温标给我们的生活带来了极大的方便,天气预报中的气温,我们身体的体温等便有了准确的尺度来衡量了,因而被广泛地应用于生活及科研之中。不过,在1954年,为了提高温度数值标定的准确性,国际上规定了另一个固定点,即纯冰、水、水蒸汽三相共存平衡时的温度,称为水的三相点,并规定它的温度值为273.16开尔文,写作273.16K。这个规定,使我们常用的经验温标如摄氏温标与热力学温标有了一个统一标准。因为热力学温标的一度(1K)是水的三相点温度的1/273.16,且摄氏温标的零点又被规定为273.15K,于是,摄氏温标与热学温标之间只是计算温度的起点不同,温度间隔1℃与1K是一样的,以T代表热力学温度,t代表摄氏温度,则有:t=T-273.15。

另外,还有一种华氏温标,以T表示华氏温度,则它与t的关系为:T=32+95t。

于是,冷与热的衡量尺度便有了相通性,象我们在长度上使用的米与尺寸,在重量上使用的千克与斤的关系一样。