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第七章 分子动理论
第七章 分子动理论
大量分子
相互作用
压强p
温度T
所有性质
变化
热平衡
热平衡
温度
热膨胀
电阻
压强
温差
0 ℃
100 ℃
100
温度
t
摄氏度
T
开尔文(开)
t＋273.15 K
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第4节 温度和温标
1.知道什么是状态参量，什么是平衡态． 2.了解热平衡的概念及热平衡定律．
3．知道温度与温标的定义，理解温度意义以及热力学温度的表示，理解摄氏温度与热力学温度的关系．
一、状态参量与平衡态
1．热力学系统和外界
(1)热力学系统：在热学中，把某个范围内大量分子组成的研究对象叫做热力学系统，简称系统．
(2)外界：系统之外与系统发生相互作用的其他物体统称为外界．
2．状态参量：描述系统热学性质的物理量，在热学中常用的状态参量有体积V、压强p、温度T等．
3．平衡态：在没有外界影响的情况下，系统所有性质都不随时间而变化的稳定状态．
1．一根长铁丝，一端插入100 ℃的沸水中，另一端放入0 ℃恒温源中，经过足够长的时间，温度随铁丝有一定的分布，而且不再随时间变化，这种状态是否为平衡态？
提示：这种状态不是平衡态，只是一种稳定状态，因为存在外在因素的影响．
二、热平衡与温度
热平衡：如果两个系统相互接触而传热，它们的状态参量将改变．但是经过一段时间以后，状态参量就不再变化了，即这两个系统达到了热平衡．
热平衡定律：如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定处于热平衡．
温度：处于热平衡的系统之间有一“共同热学性质”，即温度．这就是温度计能够用来测量和比较温度高低的基本原理．
4．热平衡的性质：一切达到热平衡的系统都具有相同的温度．
2．“平衡态”就是“热平衡”吗？
提示：不是．“平衡态”指的是一个系统的状态，“热平衡”指的是两个系统之间的关系，二者的本质不同．
三、温度计与温标
1．温度计
名称 原理
水银温度计 根据水银的热膨胀的性质来测量温度
金属电阻温度计 根据金属铂的电阻随温度的变化来测量温度
气体温度计 根据气体压强随温度的变化来测量温度
热电偶温度计 根据不同导体因温差产生电动势的大小来测量温度
2.温标：定量描述温度的方法．
(1)摄氏温标：一种常用的表示温度的方法，规定标准大气压下冰的熔点为0__℃，水的沸点为100__℃．在0 ℃刻度与100 ℃刻度之间均匀分成100等份，每份算作1 ℃.
(2)热力学温标：现代科学中常用的表示温度的方法，热力学温标也叫“绝对温标”．
(3)摄氏温度与热力学温度
摄氏温度 摄氏温标表示的温度，用符号t表示，单位是摄氏度，符号为℃
热力学温度 热力学温标表示的温度，用符号T表示，单位是开尔文(开)，符号为K
换算关系 T＝t＋273.15 K
(1)27 ℃的温度可以用热力学温度粗略地表示为300 K．( )
(2)摄氏温度和热力学温度都是从零开始的．( )
(3)温度升高20 ℃也就是升高了20 K．( )
(4)热力学温度是国际单位制中基本物理量之一．( )
提示：(1)√ (2)× (3)√ (4)√
平衡态与热平衡的比较
1．平衡态的理解
(1)热力学的平衡态与力学的平衡态的意义不同，热力学的平衡态是一种动态平衡，组成系统的分子仍在不停地做无规则运动，只是分子运动的平均效果不随时间变化，表现为系统的宏观性质不随时间变化．
(2)平衡态是一种理想情况，因为任何系统完全不受外界影响是不可能的．
2．热平衡的理解
(1)平衡态与热平衡的区别：平衡态是对某一系统而言的，是系统的状态，热平衡是对两个接触的系统之间的关系而言的．分别处于平衡态的两个系统在相互接触时，它们的状态可能会发生变化，直到温度相同时，两个系统便达到了热平衡．达到热平衡的两个系统都处于平衡态．
(2)热平衡概念也适用于两个原来没有发生过作用的系统，只要两个系统在接触时它们的状态不发生变化，那么这两个系统原来是处于热平衡的．
3．热平衡定律的意义：决定两个系统是否达到了热平衡的最主要参量是温度．因为互为热平衡的物体具有相同的温度，所以在比较各物体的温度时，不需要将各物体直接接触，只需将温度计分别与各物体接触，即可比较温度的高低．
(1)热平衡的特征方面：温度是决定一个系统与另一个系统是否达到热平衡状态的物理量．
(2)热平衡的条件方面：达到热平衡的两个系统一定具有相同的温度．
(多选)关于平衡态和热平衡，下列说法中正确的是( )
A．只要温度不变且处处相等，系统就一定处于平衡态
B．两个系统在接触时它们的状态不发生变化，说明这两个系统原来的温度是相等的
C．热平衡就是平衡态
D．处于热平衡的几个系统都处于平衡态
[审题突破] (1)一个系统的温度、压强、体积都不再变化，该系统处于何种状态？
(2)若两个系统的什么相等，则两个系统已达到热平衡？
[解析] 一般来说，描述系统的状态参量不止一个，仅仅根据温度不变且处处相等不能得出系统一定处于平衡态的结论，选项A错误；根据热平衡的定义可知B、D是正确的；平衡态是针对某一系统而言的，热平衡是两个系统相互影响的最终结果，可见选项C错误．
[答案] BD
解答热平衡问题的三个要点
(1)平衡态与热平衡不同，平衡态指的是一个系统内部达到的一种动态平衡．
(2)必须要经过较长一段时间，直到系统内所有性质都不随时间变化为止．
(3)系统与外界没有能量的交换．
1.(多选)有甲、乙、丙三个温度不同的物体，将甲和乙接触较长一段时间后分开．再将乙和丙接触较长一段时间后分开，假设只有在它们相互接触时有热传递，不接触时与外界没有热传递，则( )
A．甲、乙、丙三个物体都达到了平衡态
B．只有乙、丙达到了平衡态，甲没达到平衡态
C．乙、丙两物体都和甲达到了热平衡
D．乙、丙两物体一定达到了热平衡
解析：选AD.乙和丙分开后，甲、乙、丙三个物体与外界没有热传递，它们中各自的宏观性质将不随时间而变化且具有确定的状态，所以甲、乙、丙三个物体都达到了平衡态，A选项正确，B选项错误；甲和乙接触一段时间分开后，甲和乙达到了热平衡，但乙和丙接触一段时间后，乙的温度又发生了变化，甲和乙的热平衡被破坏，乙、丙两物体达到了热平衡，故C选项错误，D选项正确．
对温度和温标的理解
1．“温度”含义的两种说法
宏观角度 温度表示物体的冷热程度，这样的定义带有主观性，因为冷热是由人体的感觉器官比较得到的，往往是不准确的
热平衡角度 温度的严格定义是建立在热平衡定律基础上的．热平衡定律指出，两个系统相互处于热平衡时，存在一个数值相等的物理量，这个物理量就是温度，这样的定义更具有科学性
2.温度计测量原理：一切互为热平衡的系统都具有相同的温度．使温度计与待测物体接触，达到热平衡，其温度与待测物体的温度相同．
3．温标
(1)常见的温标有摄氏温标、华氏温标、热力学温标．
(2)比较摄氏温标和热力学温标．
摄氏温标 热力学温标
提出者 摄尔修斯和施勒默尔 英国物理学家开尔文
零度的规定 一个标准大气压下冰水混合物的温度 －273.15 ℃
温度名称 摄氏温度 热力学温度
温度符号 t T
单位名称 摄氏度 开尔文
单位符号 ℃ K
关系 ①T＝t＋273.15 K，粗略表示：T＝t＋273 K ②1 K的大小与1 ℃的大小相等
(多选)下列有关温度的说法正确的是( )
A．用摄氏温标和热力学温标表示温度是两种不同的表示方法
B．用两种温标表示温度的变化时，两者的数值相等
C．1 K就是1 ℃
D．当温度变化1 ℃时，也可以说成温度变化274 K
[解题探究] (1)热力学温度与摄氏温度的关系式为________________．
(2)1 ℃与1 K意义相同吗？
[解析] 温标是用来定量描述温度的方法，常用的温标有摄氏温标和热力学温标，A项正确；两种温标表示同一温度时，数值不同，但在表示同一温度变化时，数值是相同的，B项正确；摄氏温度变化1 ℃与热力学温度变化1 K是等效的，D错误；在数值上T＝1 ℃＋273 K＝274 K，1 ℃对应274 K，C错误．
[答案] AB
热力学温度与摄氏温度关系的理解
(1)T＝t＋273.15 K是解决有关热力学温度与摄氏温度关系问题的基础．
(2)摄氏温度变化1 ℃与热力学温度变化1 K是等效的，即ΔT＝Δt，而不是ΔT＝Δt＋273.15 K.
(3)绝对零度是低温的极限，只能接近，永远达不到，故热力学温度不能出现负值，但摄氏温度可以出现负值．
2.关于热力学温标和摄氏温标，下列说法正确的是( )
A．热力学温标中的每1 K与摄氏温标中每1 ℃大小相等
B．热力学温度升高1 K大于摄氏温度升高1 ℃
C．热力学温度升高1 K小于摄氏温度升高1 ℃
D．某物体摄氏温度10 ℃，即热力学温度10 K
解析：选A．热力学温标和摄氏温标的起点是不同的，但是热力学温标中的每1 K与摄氏温标中每1 ℃大小相等，故热力学温度升高1 K等于摄氏温度升高1 ℃；选项A正确，B、C错误；某物体摄氏温度10 ℃，即热力学温度(273＋10 )K＝283 K，选项D错误.
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