温标

所谓温标就是温度的标准。17世纪中后期,众多发明家研制出多种多样的温度计,有的还标有刻度。但是,他们显示温度变化的标准不一。一杯热水可能在一个温度计上显示“32度”,而在另一个温度计上显示“115度”。

首先认识到需要温标的是1 7世纪后期的英国物理学家玻义耳。他的助手胡克做过许多实验,他把玻璃管浸泡在刚剐冷冻结冰的蒸馏水中,将此时玻璃管内酒精液柱的位置定为0度,再根据酒精液柱的上升程度分度。

此后,包括牛顿在内的许多科学家都研究过温标的问题。

1714年,德国物理学家华伦海特做了一支带有刻度的水银温度计。他选择了三个固定点:1.冰、水和氯化铵混合物的温度,定为0度;2.冰、水混合物的温度,定为32度;3.人体的温度,定为96度。这就是今天西方国家常用的华氏温标(以°F表示)。在华氏温标中,水的沸点是212度(表示为212°F)。

法国的列奥弥尔于l 730年创设一种温标——列氏温标,他在水的冰点和沸点之间划分为80份。这是因为他注意到:标准浓度的酒精在水的冰点和沸点之间体积从1000单位胀到1080单位。他的温标每度所代表的温升相当于酒精原始体积平均膨胀了千分之一。

1732年瑞典天文学家摄尔萨斯提出百分温标。他设两个固定点:水的沸点定为0度,冰点定为100度,两者之间分为100个温点。这就是现在普遍采用的百分温标(即摄氏温标,以℃表示),但现代温度计将原设计的温标颠倒了过来,取水的冰点为0度,水的沸点为100度。这一颠倒,使温标显示与人们的习惯认识相符合,更方便使用。这是1743年由法国里昂的克里斯廷首先提出的。

但不论是华氏温标、列氏温标还是摄氏温标,都是以测温物质的性质确定的,“经验性温标”在科学性和理论性上有一定缺陷。

英国物理学家威廉•汤姆逊(后因诸多科学成就而被册封为开尔文勋爵,故又名开尔文)根据热力学第二定理和卡诺热循环理论,于1848年提出绝对热力学温标(简称绝对温标,又称开氏温栎,以°K表示)。绝对温标与测温物质的性质无关,因而它是一种基本的科学的温标。

两个热力学温度的比值是用两个温度之间工作的可逆热机与热源所交换的热比值来表示的。但只给出比值还不够,1954年国际计量大会决定把水的三相点的热力学温度规定为273.16°K。1K就是水三相点的热力学温度的1/273.16倍,而温标的零点在水的三相点以下273.16°K处,即-273.16°K。这样一来,热力学温标就确定了。为纪念汤姆逊对此的贡献,后人以其封号“开尔文”作为温标单位。

目前,华氏温标在欧美使用非常普遍,摄氏温标在亚洲使用较多,列氏温标仅在法国和德国的部分场合使用,而在科学研究中多使用绝对温标。

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