標籤: 暫無標籤

熱力學溫標或稱絕對溫標,是國際單位制中的溫度單位。本溫標由愛爾蘭第一代開爾文男爵(Lord Kelvin)發明,其命名依發明者頭銜為Kelvins,符號是K,但不加「°」來表示溫度。

1 開氏溫標 -簡介

開氏溫標(Kelvin):以絕對零度為基點的溫度標尺。絕對零度即460℉/-273.15℃,在此溫度下分子停止運動(0℃=273.15K)。

又稱絕對溫標,它以攝氏零下273.15℃作為零度,用字母T表示,單位為K。即273.15K=0℃。
兩者的換算關係是:T=t+273.15

熱力學溫度單位開爾文(K)是國際單位制(SI)基本單位之一。其他基本單位是米、千克、秒、安培、摩爾和坎德拉。
  開爾文的定義(K):
  開爾文(K)是熱力學溫度單位,等於水的三相點熱力學溫度的(1/273.16)。上述定義以物理常量:水三相點熱力學溫度Ttr為基礎,而Tt r國際上已於1967年協議,精確地等於273.16K。(圖略)
  1K=1/273.16 Tt r
  開爾文是用英國科學家開爾文的名字命名的。
  威廉·湯姆森(William·Thomson)

William ThomsonWilliam Thomson

,後來的開爾文勛爵(Lord·Kelvin of Largs),1824年6月26日生於英國北愛爾蘭貝爾法斯特。他的特殊天賦和理解力很早就表現出來了,以致他在10歲就被格拉斯哥大學註冊錄取。16歲他作為大學生來到劍橋,在劍橋他所有功課成績都很優秀。湯姆森作為格拉斯哥大學物理學教授從1846年開始從事教學和科學研究。人們說,在他那兒,計劃1小時的課經常持續3個小時。
  湯姆森的興趣一向在熱力學和電學方面。熱能的研究使他認識了一個可能最低的溫度,即溫度的絕對零度。他把這個-273.15℃的溫度點當作一個新的溫度和溫標(圖略)的出發點。他與一位英國物理學家詹姆斯·普雷斯科特·焦爾(James·Prescott·Joule1818~1889)一起發現了用他們兩人名字命名的「焦爾-湯姆森效應」。它表明,理想氣體在沒有外界做功而膨脹時,使其冷卻到足夠低的溫度。發生冷卻是由於膨脹時必須通過內部做功以克服氣體的分子力。*1856年湯姆森認識到按照他的名字命名的熱電「湯姆森效應」,它包含,當一個電流通過,在一個均勻的電導體中存在一個溫度落差按照它的方向產生熱或取走熱。
  「湯姆森熱」和一個導電體的焦耳電流熱(它取決於導體的電阻和電流強度)是不能混淆的。另外湯姆森還認識到可以轉化為機械功的熱能。作為熱力學過程不可逆性的一個量,用熵的概念他與魯道夫·克勞西烏斯(Rudolf·Claustus1822~1888)同時創立了熱力學第二定律,亦即所有的熱力機只能把它從一種熱材料取走的熱能的一部分轉換成機械功。這個熱能的剩餘部分又總是被散發給冷材料。
  在電學領域按照他的名字命名的開爾文電流天平屬於最重要的發明。它可以確定機械力和電流強度之間的關係。電流天平特別在測量電流和檢定電流計中得到應用。值得一提的是他還研製了靜電伏特計,它能夠相當精確的測量當時最高大約10kV的電壓。此外湯姆森改進了許多測量方法並且發明了無數其他的測量儀器,比如說精確測定很小電阻的測量電橋,它現在被稱作為湯姆森測量電橋。湯姆森通過參與實現大不列顛和美國之間首次海底電纜連接名揚國外。他是這個項目的發起人之一,並計算了電纜。經海底電纜的第一次通話是1858年8月17日通過北大西洋從大不列顛通往美國。無可置疑,這項海底電纜的連接是19世紀最大的技術貢獻。遺憾的是,因為出現了故障,用這個電纜向大西洋另一方大約只通了700次話。跨越大西洋持續的通信直到1866年初才在兩洲之間建起,這項工作湯姆森同樣參與並起了決定性的作用。
  威廉·湯姆森1882年被授予貴族稱號后被尊稱為拉格斯的開爾文勛爵。1907年12月17日死於蘇格蘭拉格斯附近的內斯霍爾(Netherhall),享年84歲。他的成就得到了承認,他是19世紀傑出的和受人尊敬的自然科學家。他把最後的長眠之處選在伊薩克·牛頓爵士(1643-1727)旁邊的威斯敏斯特爾教堂。
  註釋:*焦爾-湯姆森效應:氣體經歷焦爾-湯姆森膨脹時溫度隨壓強的變化。
  焦爾-湯姆森膨脹:流體通過多孔塞或部分開放的活門從高壓到低壓的不可逆絕熱膨脹。
  開氏溫度等於攝氏溫度加273。比如攝氏0度等於開氏273度。開氏0度等於攝氏-273度(絕對零度)。
  1854年,英國物理學家開爾文指出,只要選定一個溫度固定——「水的三相點」,即水、冰、水蒸氣三相共存的溫度,溫度值就會完全可以確定下來,這是因為另一個固定點——「絕對零度」已經確定下來。把絕對零度到水的三相點溫度等分為273.16份,每一份就是1開氏度,這就是開氏溫標,用K表示。開始溫標的分度間隔和攝氏溫標的間隔是一致的。

2 開氏溫標 -提出開氏溫標的背景

       不管是用什麼溫度計測定溫度,都不過是反映了測溫質的特性而且還夾雜著溫度計結構的影響。例如,水銀溫度計的玻璃泡和毛細玻璃管都將因為是否含鈉或是含鉀或是同時含有鈉鉀而使其零點位置發生變化。因此,任何溫度計都不能測定物體的真正溫度。由於測溫物質和測溫特性的選取不同,參考點和分度方法的選擇不同,故可以有各式各樣的溫標。
  為了結束溫標上的混亂局面,開爾文(即W·湯姆遜)——這位熱力學第二定律的創始人,最受尊敬的物理學家,創立了一種不依賴任何測溫質(當然也就不依賴任何測溫質的任何物理性質)的絕對真實的絕對溫標,也叫開氏溫標或熱力學溫標。
  開氏溫標是根據卡諾循環定出來的,以卡諾循環的熱量作為測定溫度的工具,即熱量起著測溫質的作用。正因為如此,我們又把開氏溫標叫做熱力學溫標。卡諾循環描繪了理想熱機的基本圖案,具有巨大的理論意義。卡諾循環象迷霧中的燈塔,給出了熱機效率的上限。

3 開氏溫標 -國際溫標ITS-90的通則

ITS-90由0.65K向上到普朗克輻射定律使用單色輻射實際可測量的最高溫度。ITS-90是這樣制訂的,即在全量程中,任何溫度的T90值非常接近於溫標採納時T的最佳估計值,與直接測量熱力學溫度相比,T90的測量要方便得多,而且更為精密,並具有很高的復現性。 

4 開氏溫標 -ITS-90的定義

第一溫區為0.65K到5.00K之間, T90由3He和4He的蒸氣壓與溫度的關係式來定義。 第二溫區為3.0K到氖三相點(24.5661K)之間T90是用氦氣體溫度計來定義。 第二溫區為平衡氫三相點(13.8033K)到銀的凝固點(961.78℃)之間,T90是由鉑電阻溫度計來定義.它使用一組規定的定義固定點及利用規定的內插法來分度。 銀凝固點(961.78℃)以上的溫區,T90是按普朗克輻射定律來定義的,復現儀器為光學高溫計

5 開氏溫標 -參考

百度百科、114百科、雅虎百科、GG百科

相關評論

同義詞:暫無同義詞