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表示物體冷熱程度的物理量 来自维基百科,自由的百科全书
温度是表示物体冷热程度的物理量,微观上来讲是物体分子热运动的剧烈程度。温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量,而用来量度物体温度数值的标尺叫温标。它规定了温度的读数起点(零点)和测量温度的基本单位。温度理论上的高极点是“普朗克温度”,而理论上的低极点则是“绝对零度”。“普朗克温度”和“绝对零度”都是无法通过有限步骤达到的。目前国际上用得较多的温标有摄氏温标(°C)、华氏温标(°F) 、热力学温标(K)和国际实用温标。
温度是物体内分子间平均动能的一种表现形式。值得注意的是,少数几个分子甚至是一个分子构成的系统,由于缺乏统计的数量要求,是没有温度的意义的。
温度出现在各种自然科学的领域中,包括物理、地质学、化学、大气科学及生物学等。像在物理中,二物体的热平衡是由其温度而决定,温度也会造成固体的热涨冷缩,温度也是热力学的重要参数之一。在地质学中,岩浆冷却后形成的火成岩是岩石的三种来源之一,在化学中,温度会影响反应速率及化学平衡。大气层中气体的温度是气温(atmospheric temperature),是气象学常用名词。它直接受日射所影响:日射越多,气温越高。
温度也会影响生物体内许多的反应,恒温动物会调节自身体温,若体温升高即为发热,是一种医学症状。生物体也会感觉温度的冷热,但感受到的温度受风寒效应影响,因此也会和周围风速有关。
使用当代科学温度计和温度标记法进行温度计量可以追溯到18世纪早期,加布里埃尔·华伦海特使用了奥勒·罗默发明的温度计(转换成了水银)和标记方式。华氏温标仍然在美国日常生活中使用。
使用温度计标定的温度可以通过温度换算转换为多种温度计量法。在当今世界大多数国家(除了伯利兹、缅甸、利比里亚和美国外),摄氏温标是最为广泛的计量法。大多数科学家使用摄氏温标,并在热力学温度上使用摄氏温标演化出来的热力学温标,其起始点0K = −273.15°C(绝对零度)。在美国,工程领域、高科技行业以及美国联邦规格(民用和军用)上也会使用热力学温标和摄氏温标。在美国的其他一些工程领域,针对诸如燃烧等热力学相关标准时也会使用兰金温标(对华氏温标的调整)。
在日常使用中,一般为了方便起见都会将其转换为摄氏温标,其中0°C接近水的冰点,100°C则为水在海拔0M的沸点。由于液态的水滴会出现在低于零度的云层中,因此0°C更好的定义是冰的融化点。在这种温标下,1摄氏度和1K温度变化是一样的。
根据国际协议,[1]热力学温标和摄氏温标都通过两个固定点定义:维也纳标准平均海水的绝对零度和三相点。绝对零度被定义为0K及−273.15°C。在该温度下,所有经典分子运动都会停止,处于经典模型下的完全静止状态。在量子结构下,在绝对零度下仍然有运动和能量,被称为零点能量。物质处于其基态[2],不包含热能。水的三相点则被定义为273.16K和0.01°C。
而美国广泛使用的华氏温标中,水的冰点为32 °F,沸点为212 °F。
下面的表格展示了各温标如何转换为摄氏温标。
从摄氏温标转换 | 转换为摄氏温标 | |
---|---|---|
华氏温标 | [°F] = [°C] × 9⁄5 + 32 | [°C] = ([°F] − 32) × 5⁄9 |
热力学温标 | [K] = [°C] + 273.15 | [°C] = [K] − 273.15 |
兰金温标 | [°R] = ([°C] + 273.15) × 9⁄5 | [°C] = ([°R] − 491.67) × 5⁄9 |
德利尔温标 | [°De] = (100 − [°C]) × 3⁄2 | [°C] = 100 − [°De] × 2⁄3 |
牛顿温标 | [°N] = [°C] × 33⁄100 | [°C] = [°N] × 100⁄33 |
列氏温标 | [°Ré] = [°C] × 4⁄5 | [°C] = [°Ré] × 5⁄4 |
罗氏温标 | [°Rø] = [°C] × 21⁄40 + 7.5 | [°C] = ([°Rø] − 7.5) × 40⁄21 |
温度 | 黑体电磁辐射峰值辐射波长[3] | ||
---|---|---|---|
开尔文 | 摄氏度 | ||
绝对零度 (严格按照定义) |
0 K | −273.15 °C | 无 |
目前达到的最低温度[4] | 100 pK | −273.149999999900 °C | 29,000 km |
玻色–爱因斯坦凝聚最低温[5] | 450 pK | −273.14999999955 °C | 6,400 km |
1毫开 (严格按照定义) |
0.001 K | −273.149 °C | 2.89777 m (广播,调频波段)[6] |
宇宙微波背景辐射 | 2.7 K | -270.45 °C | 1.063 mm (微波) |
维也纳标准平均海水的三相点 (严格按照定义) |
273.16 K | 0.01 °C | 10,608.3 nm (长波红外线) |
水的沸点[A] | 373.1339 K | 99.9839 °C | 7,766.03 nm (中波红外线) |
电灯泡[B] | 2500 K | ≈2,200 °C | 1,160 nm (接近红外线)[C] |
氧炔焰 | 3600 K | ≈3,300 °C | 可见光 |
太阳可见表面[D][7] | 5,778 K | 5,505 °C | 501.5 nm (绿-蓝光) |
闪电[E] | 28 kK | 28,000 °C | 100 nm (远紫外线光) |
太阳核心[E] | 16 MK | 1600万 °C | 0.18 nm (X射线) |
核武器 (最高温度)[E][8] |
350 MK | 3.5亿 °C | 8.3×10−3 nm (伽马射线) |
桑迪亚国家实验室 Z machine[E][9] |
2 GK | 20亿 °C | 1.4×10−3 nm (伽马射线)[F] |
大质量恒星最后一天的核心[E][10] | 3 GK | 30亿 °C | 1×10−3 nm (伽马射线) |
融合中的双中子星系统[E][11] | 350 GK | 3500亿 °C | 8×10−6 nm (伽马射线) |
相对论重离子对撞机[E][12] | 1 TK | 1兆 °C | 3×10−6 nm (伽马射线) |
CERN质子-核碰撞[E][13] | 10 TK | 10兆 °C | 3×10−7 nm (伽马射线) |
宇宙在大爆炸之后5.391×10−44 s[E] | 1.417×1032 K | 1.417×1032 °C | 1.616×10−26 nm (普朗克长度) |
由于温度会对体积、密度、声速、阻抗等物理量产生影响,因此可以通过测量这些物理量数值的变化来测量温度。目前温度测量的方法有数十种,按照测量原理可以分为以下几类: