什么叫热力学温度 - 热力学温度与摄氏温度的关系详解

什么叫热力学温度_热力学温度与摄氏温度的关系详解

热力学温度，又叫热力学标温，符号T，单位K（开尔文，简称开）。 早在1787年法国物理学家查理（J.Charles）就发现，在压力一定时，温度每升高1℃，一定量气体的体积的增加值（膨胀率）是一个定值，体积膨胀率与温度呈线性关系。国际实用温标是以国际上所通过的一系列纯物质的固定点（如平衡氢三相点、平衡氢沸点、氧三相点、水三相点、锡凝固点等）作为基准用于标定规定的基准温度计（如铂电阻温度计和铂-10%铑/铂热电偶等）并给出相应的内插公式用于测定温度。

热力学温度介绍

国际单位制（SI）的7个基本量之一，热力学温标的标度，符号为T。根据热力学原理得出，测量热力学温度，采用国际实用温标。 热力学温度旧称绝对温度（Absolute Temperature）。 单位是“开尔文”，英文是“Kelvin”简称“开”，国际代号“K”。开尔文是为了纪念英国物理学家Lord Kelvin而命名 的。 以绝对零度（0K）为最低温度，规定水的三相点的温度为 273.16K，开定义为水三相点热力学温度的1/273.16。 摄氏度为表示摄氏温度时代替开的一个专门名称。而水的三相点温度为0.01摄氏度。

因此热力学温度T与人们惯用的摄氏温度T的关系是：

T（K）=273.15+T（℃）。

规定热力学温度的单位开（K）与摄氏温度的单位摄氏度（℃）的平均值完全相同。所以△T K = △T ℃ 在表示温度差和温度间隔时，用K和用℃的值相同。所以很多人经常会写1K=1℃ ，这是绝对错误的示范！

热力学温度本质

工程热力学中提到的绝对温度，都是绝对温度零度以上的正绝对温度。但是，在20世纪50年代以后，在核磁共振和激光效应的研究，发现核自旋系统和激光系统中，粒子只具有基态和激发态两种能量形态。在正绝对温度条件下，激发态的粒子数多于基态的粒子数。但是，在核自旋系统和激光系统中则相反，基态的粒子数却超过了激发态的粒子数。根据玻尔兹曼的粒子分布函数表示式，如果基态粒子（原子或分子）数大于激发态的粒子数，则绝对温度应该为负值，即能够出现负的绝对温度。 这是由于根据玻尔兹曼的粒子分布函数表达式，当绝对温度高于无穷大时，才能实现激发态粒子数超过基态的粒子数，才能出现负绝对温度。也就是说，负绝对温度系统的能量大于无穷大绝对温度的能量，导致负绝对温度实际上高于正绝对温度。 经典热力学中的温度没有最高温度的概念，只有理论最低温度“绝对零度”。热力学第三定律指出，“绝对零度”是无法通过有限次步骤达到的。在统计热力学中，温度被赋予了新的物理概念——描述体系内能随体系混乱度（即熵）变化率的强度性质热力学量。由此开创了“热力学负温度区”的全新理论领域。通常我们生存的环境和研究的体系都是拥有无限量子态的体系，在这类体系中，内能总是随混乱度的增加而增加，因而是不存在负热力学温度的。而少数拥有有限量子态的体系，如激光发生晶体，当持续提高体系内能，直到体系混乱度已经不随内能变化而变化的时候，就达到了无穷大温度，此时再进一步提高体系内能，即达到所谓“粒子布居反转”的状态下，内能是随混乱度的减少而增加的，因而此时的热力学温度为负值！但是这里的负温度和正温度之间不存在经典的代数关系，负温度反而是比正温度更高的一个温度！经过量子统计力学扩充的温标概念为：无限量子态体系：正绝对零度《正温度《正无穷大温度，有限量子态体系：正绝对零度《正温度《正无穷大温度=负无穷大温度《负温度《负绝对零度。正、负绝对零度分别是有限量子态体系热力学温度的下限和上限，均不可通过有限次步骤达到。

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