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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
溫度是表示物體冷熱程度的物理量,微觀上來講是物體分子熱運動的劇烈程度。溫度只能通過物體隨溫度變化的某些特性來間接測量,而用來量度物體溫度數值的標尺叫溫標。它規定了溫度的讀數起點(零點)和測量溫度的基本單位。溫度理論上的高極點是「普朗克溫度」,而理論上的低極點則是「絕對零度」。「普朗克溫度」和「絕對零度」都是無法通過有限步驟達到的。目前國際上用得較多的溫標有攝氏溫標(°C)、華氏溫標(°F) 、熱力學溫標(K)和國際實用溫標。
溫度是物體內分子間平均動能的一種表現形式。值得注意的是,少數幾個分子甚至是一個分子構成的系統,由於缺乏統計的數量要求,是沒有溫度的意義的。
溫度出現在各種自然科學的領域中,包括物理、地質學、化學、大氣科學及生物學等。像在物理中,二物體的熱平衡是由其溫度而決定,溫度也會造成固體的熱漲冷縮,溫度也是熱力學的重要參數之一。在地質學中,岩漿冷卻後形成的火成岩是岩石的三種來源之一,在化學中,溫度會影響反應速率及化學平衡。大氣層中氣體的溫度是氣溫(atmospheric temperature),是氣象學常用名詞。它直接受日射所影響:日射越多,氣溫越高。
溫度也會影響生物體內許多的反應,恆溫動物會調節自身體溫,若體溫升高即為發熱,是一種醫學症狀。生物體也會感覺溫度的冷熱,但感受到的溫度受風寒效應影響,因此也會和周圍風速有關。
使用當代科學溫度計和溫度標記法進行溫度計量可以追溯到18世紀早期,加布里埃爾·華倫海特使用了奧勒·羅默發明的溫度計(轉換成了水銀)和標記方式。華氏溫標仍然在美國日常生活中使用。
使用溫度計標定的溫度可以通過溫度換算轉換為多種溫度計量法。在當今世界大多數國家(除了伯利茲、緬甸、利比里亞和美國外),攝氏溫標是最為廣泛的計量法。大多數科學家使用攝氏溫標,並在熱力學溫度上使用攝氏溫標演化出來的熱力學溫標,其起始點0K = −273.15°C(絕對零度)。在美國,工程領域、高科技行業以及美國聯邦規格(民用和軍用)上也會使用熱力學溫標和攝氏溫標。在美國的其他一些工程領域,針對諸如燃燒等熱力學相關標準時也會使用蘭金溫標(對華氏溫標的調整)。
在日常使用中,一般為了方便起見都會將其轉換為攝氏溫標,其中0°C接近水的冰點,100°C則為水在海拔0M的沸點。由於液態的水滴會出現在低於零度的雲層中,因此0°C更好的定義是冰的融化點。在這種溫標下,1攝氏度和1K溫度變化是一樣的。
根據國際協議,[1]熱力學溫標和攝氏溫標都通過兩個固定點定義:維也納標準平均海水的絕對零度和三相點。絕對零度被定義為0K及−273.15°C。在該溫度下,所有經典分子運動都會停止,處於經典模型下的完全靜止狀態。在量子結構下,在絕對零度下仍然有運動和能量,被稱為零點能量。物質處於其基態[2],不包含熱能。水的三相點則被定義為273.16K和0.01°C。
而美國廣泛使用的華氏溫標中,水的冰點為32 °F,沸點為212 °F。
下面的表格展示了各溫標如何轉換為攝氏溫標。
從攝氏溫標轉換 | 轉換為攝氏溫標 | |
---|---|---|
華氏溫標 | [°F] = [°C] × 9⁄5 + 32 | [°C] = ([°F] − 32) × 5⁄9 |
熱力學溫標 | [K] = [°C] + 273.15 | [°C] = [K] − 273.15 |
蘭金溫標 | [°R] = ([°C] + 273.15) × 9⁄5 | [°C] = ([°R] − 491.67) × 5⁄9 |
德利爾溫標 | [°De] = (100 − [°C]) × 3⁄2 | [°C] = 100 − [°De] × 2⁄3 |
牛頓溫標 | [°N] = [°C] × 33⁄100 | [°C] = [°N] × 100⁄33 |
列氏溫標 | [°Ré] = [°C] × 4⁄5 | [°C] = [°Ré] × 5⁄4 |
羅氏溫標 | [°Rø] = [°C] × 21⁄40 + 7.5 | [°C] = ([°Rø] − 7.5) × 40⁄21 |
溫度 | 黑體電磁輻射峰值輻射波長[3] | ||
---|---|---|---|
開爾文 | 攝氏度 | ||
絕對零度 (嚴格按照定義) |
0 K | −273.15 °C | 無 |
目前達到的最低溫度[4] | 100 pK | −273.149999999900 °C | 29,000 km |
玻色–愛因斯坦凝聚最低溫[5] | 450 pK | −273.14999999955 °C | 6,400 km |
1毫開 (嚴格按照定義) |
0.001 K | −273.149 °C | 2.89777 m (廣播,調頻波段)[6] |
宇宙微波背景輻射 | 2.7 K | -270.45 °C | 1.063 mm (微波) |
維也納標準平均海水的三相點 (嚴格按照定義) |
273.16 K | 0.01 °C | 10,608.3 nm (長波紅外線) |
水的沸點[A] | 373.1339 K | 99.9839 °C | 7,766.03 nm (中波紅外線) |
電燈泡[B] | 2500 K | ≈2,200 °C | 1,160 nm (接近紅外線)[C] |
氧炔焰 | 3600 K | ≈3,300 °C | 可見光 |
太陽可見表面[D][7] | 5,778 K | 5,505 °C | 501.5 nm (綠-藍光) |
閃電[E] | 28 kK | 28,000 °C | 100 nm (遠紫外線光) |
太陽核心[E] | 16 MK | 1600萬 °C | 0.18 nm (X射線) |
核武器 (最高溫度)[E][8] |
350 MK | 3.5億 °C | 8.3×10−3 nm (伽馬射線) |
桑迪亞國家實驗室 Z machine[E][9] |
2 GK | 20億 °C | 1.4×10−3 nm (伽馬射線)[F] |
大質量恆星最後一天的核心[E][10] | 3 GK | 30億 °C | 1×10−3 nm (伽馬射線) |
融合中的雙中子星系統[E][11] | 350 GK | 3500億 °C | 8×10−6 nm (伽馬射線) |
相對論重離子對撞機[E][12] | 1 TK | 1兆 °C | 3×10−6 nm (伽馬射線) |
CERN質子-核碰撞[E][13] | 10 TK | 10兆 °C | 3×10−7 nm (伽馬射線) |
宇宙在大爆炸之後5.391×10−44 s[E] | 1.417×1032 K | 1.417×1032 °C | 1.616×10−26 nm (普朗克長度) |
由於溫度會對體積、密度、聲速、阻抗等物理量產生影響,因此可以通過測量這些物理量數值的變化來測量溫度。目前溫度測量的方法有數十種,按照測量原理可以分為以下幾類: