温度基础知识课件.ppt

1、内内 容容 目目 录录第一部分第一部分 基本概念基本概念第二部分第二部分 温标的发展温标的发展第三部分第三部分 温度计的分类与特点温度计的分类与特点一、一、基本概念基本概念1 1、温度、温度 温度是表示物体冷热程度的物理量。温度温度是表示物体冷热程度的物理量。温度是决定一系统是否与其它系统处于热平衡的物是决定一系统是否与其它系统处于热平衡的物理量，一切互为热平衡的物体都具有相同的温理量，一切互为热平衡的物体都具有相同的温度。温度与分子平衡动能相联系，它标志着物度。温度与分子平衡动能相联系，它标志着物体内部分子无规则运动的剧烈程度。体内部分子无规则运动的剧烈程度。 温度虽然与我们日常生活息息相关

2、，但从古至温度虽然与我们日常生活息息相关，但从古至今好长一段时间，没有人知道什么是今好长一段时间，没有人知道什么是“温度温度”，人，人们却把它和们却把它和“热量热量”混淆起来。混淆起来。 真正温度的概念诞生也是人们清楚地区分这两真正温度的概念诞生也是人们清楚地区分这两个概念。个概念。 现在人们从宏观和微观两个方面对温度进行了现在人们从宏观和微观两个方面对温度进行了详细解释。详细解释。1.1 1.1 宏观解释宏观解释热力学第零定律解释为：如果两个系统中每一个系统都与热力学第零定律解释为：如果两个系统中每一个系统都与第三个系统处于热平衡，则它们彼此也必定处于热平衡。第三个系统处于热平衡，则它们彼此

3、也必定处于热平衡。在描述平衡系统热状态的热力学参量中，其中一个参量具在描述平衡系统热状态的热力学参量中，其中一个参量具有特殊的性质，即它在相互处于热平衡的不同系统中具有相有特殊的性质，即它在相互处于热平衡的不同系统中具有相同的值，这个参量称为同的值，这个参量称为“温度温度”。一切互为热平衡的系统都有相同的温度。一切互为热平衡的系统都有相同的温度。温度是表示物体冷热程度的物理量。温度是表示物体冷热程度的物理量。它是一个强度量，而且是一个与广延量无关的强度量。它是一个强度量，而且是一个与广延量无关的强度量。1.2 微观解释微观解释理想气体分子模型：理想气体分子模型：a、分子本身的大小比起它们之间的

4、平均距离可忽略不计；、分子本身的大小比起它们之间的平均距离可忽略不计；b、除了短暂的碰撞过程外，分子间的相互作用可忽略；、除了短暂的碰撞过程外，分子间的相互作用可忽略；c、分子间的碰撞是完全弹性的。、分子间的碰撞是完全弹性的。当两理想气体分子（质量为当两理想气体分子（质量为M和和m，速度为，速度为V和和v）相互碰）相互碰撞时，我们得到分子之间的动能转移量：撞时，我们得到分子之间的动能转移量：若若M M类分子平均动能大于类分子平均动能大于m m类分子，类分子，00，动能由前者传给，动能由前者传给后者；后者；若若M M类分子平均动能小于类分子平均动能小于m m类分子，类分子，00，动能由后者传给，

5、动能由后者传给前者；前者；若若M M类分子平均动能等于类分子平均动能等于m m类分子，类分子，=0=0，动能交换为，动能交换为0 0，即，即两类分子达到热平衡。两类分子达到热平衡。 2020vm21VM21热量即热运动的能量，热量即热运动的能量， 的正负决定了热量传递的方的正负决定了热量传递的方向。按照热力学第零定律，分子的平均动能在宏观上具向。按照热力学第零定律，分子的平均动能在宏观上具有温度的特征。分子的平均动能正比于热力学温度有温度的特征。分子的平均动能正比于热力学温度 = =T T为热力学温度，为热力学温度，K K为比例常数。为比例常数。 由此，从微观上看，温度表征着分子热运动的平均动

6、能。由此，从微观上看，温度表征着分子热运动的平均动能。标志着物质分子热运动的剧烈程度，温度越高，分子热标志着物质分子热运动的剧烈程度，温度越高，分子热运动越剧烈。运动越剧烈。2vm21= =KTKT2 2、热平衡、热平衡 热平衡是两个均匀系之间的热交换的平衡，也是动态平衡。热平衡是两个均匀系之间的热交换的平衡，也是动态平衡。热交换是能量传递的一种方式。热交换是能量传递的一种方式。3 3、热力学温标、热力学温标 以热力学第二定律为基础制定的温标称为热力学温标。以热力学第二定律为基础制定的温标称为热力学温标。 根据卡诺定理的推论可知，工作于两个恒定热源之间的一根据卡诺定理的推论可知，工作于两个恒定

7、热源之间的一切可逆卡诺热机的效率与工作介质无关，只与这两个热源的温切可逆卡诺热机的效率与工作介质无关，只与这两个热源的温度有关，这样定义的温标称为热力学温标。度有关，这样定义的温标称为热力学温标。热力学第二定律：热力学第二定律：克劳修斯说法（克劳修斯说法（18501850年）：不可能把热从低温物体传年）：不可能把热从低温物体传至高温物体而不引起其它变化；至高温物体而不引起其它变化；开尔文说法（开尔文说法（18511851年）：不可能从单一热源取热使之年）：不可能从单一热源取热使之完全变为有用功而不产生其它影响。完全变为有用功而不产生其它影响。4、温标温标 衡量温度高低的标尺，它是描述温度数值的

8、衡量温度高低的标尺，它是描述温度数值的统一表示方法（或定义方法）。统一表示方法（或定义方法）。明确了温度的单位、温度定义固定点的数值，内明确了温度的单位、温度定义固定点的数值，内插仪器和内插公式。插仪器和内插公式。我国目前采用的温标是我国目前采用的温标是19901990年国际温标，代号为年国际温标，代号为ITS-90ITS-90，简称，简称9090温标。温标。它具有通用性和准确性，保证在不同地区或不同它具有通用性和准确性，保证在不同地区或不同场合下测量相同的温度具有相同的量值。场合下测量相同的温度具有相同的量值。准确测量温度，必须具备三个条件：合适的测温准确测量温度，必须具备三个条件：合适的测

9、温物质；稳定的固定点；合理的分度方法。物质；稳定的固定点；合理的分度方法。5 5、三相点、水三相点三相点、水三相点 三相点：一个由单一的物质（纯物质）组成的体系，当其三相点：一个由单一的物质（纯物质）组成的体系，当其三相（三种状态）共存处于平衡时，这个体系将有确定的三相（三种状态）共存处于平衡时，这个体系将有确定的温度和压力，称此状态为三相点。温度和压力，称此状态为三相点。 水三相点：指水、冰、汽三相平衡共存时的状态，水三相水三相点：指水、冰、汽三相平衡共存时的状态，水三相点的温度值为点的温度值为273.16K,压力值为压力值为609.14Pa。 建立温标的过程是十分曲折的，温标的发展先后经建

10、立温标的过程是十分曲折的，温标的发展先后经历了华氏温标、摄氏温标、标准氢温标、理想气体温标、历了华氏温标、摄氏温标、标准氢温标、理想气体温标、热力学温标、热力学温标、ITS-27ITS-27温标、温标、 ITS-48ITS-48温标、温标、 ITS-68ITS-68温标、温标、 ITS-76ITS-76温标、温标、 ITS-90ITS-90温标等。温标等。 二、温标的发展 1818世纪时，人们只能依据测温工质的某一特性随温度世纪时，人们只能依据测温工质的某一特性随温度变化的关系来制定温标，这种温标通常称为经验温标。例变化的关系来制定温标，这种温标通常称为经验温标。例如，摄氏温标和华氏温标都依附

11、于测温工质（水银）的性如，摄氏温标和华氏温标都依附于测温工质（水银）的性质。但工质的纯度及其膨胀系数等都会影响温标分度的准质。但工质的纯度及其膨胀系数等都会影响温标分度的准确性。确性。 1848 1848年，开尔文根据卡诺循环原理提出了热力学温标。年，开尔文根据卡诺循环原理提出了热力学温标。根据卡诺定理，用上述方法确定的温度就避免了经验温标根据卡诺定理，用上述方法确定的温度就避免了经验温标依附于测温工质性质所产生的随意性。现在采用的摄氏温依附于测温工质性质所产生的随意性。现在采用的摄氏温标和华氏温标，实际上都已根据热力学温标赋予了新的概标和华氏温标，实际上都已根据热力学温标赋予了新的概念，不再

12、是以往的经验温标了。念，不再是以往的经验温标了。 因为卡诺循环是不能实现的，所以热力学温标只是因为卡诺循环是不能实现的，所以热力学温标只是一种理论温标。为了找到一种既符合热力学温标，又简便一种理论温标。为了找到一种既符合热力学温标，又简便实用的温标，各国科学家经过努力，于实用的温标，各国科学家经过努力，于2020世纪世纪2020年代建立年代建立起一种与热力学温标相近的、复现准确度高、使用简便的起一种与热力学温标相近的、复现准确度高、使用简便的实用温标，这就是国际实用温标。实用温标，这就是国际实用温标。 自国际实用温标建立起来，经过多次修订，在逼近热自国际实用温标建立起来，经过多次修订，在逼近热

13、力学温标方面已有了很大的提高。随着科学技术的不断发力学温标方面已有了很大的提高。随着科学技术的不断发展，国际实用温标还将继续完善，以求最大限度地逼近热展，国际实用温标还将继续完善，以求最大限度地逼近热力学温标。力学温标。 目前国际通用的温标是目前国际通用的温标是19751975年第年第1515届国际权度大会通届国际权度大会通过的过的19681968年国际实用温标年国际实用温标-1975-1975年修订版年修订版，记为，记为IPTS-IPTS-6868（Rev-75Rev-75）。但由于）。但由于IPTS-68IPTS-68温标存在一定的不足，国温标存在一定的不足，国际计量委员会在际计量委员会在

14、1818届国际计量大会第七号决议授权予届国际计量大会第七号决议授权予19861986年会议通过了年会议通过了19901990年国际温标年国际温标ITS-90ITS-90，ITS-90ITS-90温标替代温标替代IPTS-68IPTS-68。我国自。我国自19941994年年1 1月月1 1日起全面实施日起全面实施ITS-90ITS-90国际温国际温标。标。 固定点温标：固定点温标：ITS-27ITS-27温标、温标、 ITS-48ITS-48温标、温标、 ITS-68ITS-68温温标、标、 ITS-76ITS-76温标、温标、 ITS-90ITS-90温标等。温标等。 历次温标固定点的演化：

15、历次温标固定点的演化： 固定点从不稳定（沸点等）转变成稳定点（三相点）固定点从不稳定（沸点等）转变成稳定点（三相点） 固定点的准确度逐步提高（与热力学温度比）固定点的准确度逐步提高（与热力学温度比） 固定点的数量不断增加固定点的数量不断增加 温度上下限不断延伸温度上下限不断延伸温标起源和经验温标温标起源和经验温标1 1）华氏温标）华氏温标第一个温标是德国科学家华伦海特第一个温标是德国科学家华伦海特17241724年创建的。年创建的。温度计：精密纯水银温度计。温度计：精密纯水银温度计。分度：结冰的盐水混合物温度和人体血液的温度为固定点，分度：结冰的盐水混合物温度和人体血液的温度为固定点，其间隔分

16、为其间隔分为9696，并使用了第三个固定点，冰水混合物为，并使用了第三个固定点，冰水混合物为32 32 。后来又把水沸点定为。后来又把水沸点定为212 212 。单位单位“华氏度华氏度”，即作，即作。这套测温体系就是著名的华氏温度。这套测温体系就是著名的华氏温度。2 2）摄氏温标）摄氏温标摄氏温标是瑞典天文学家摄氏修斯摄氏温标是瑞典天文学家摄氏修斯17421742年建立的。年建立的。单位单位“摄氏度摄氏度”，即作，即作，分度：冰点定为分度：冰点定为100度，沸点定为度，沸点定为0度，后来他的同事斯特度，后来他的同事斯特雷默（雷默（M.stromer）建议倒过来，把水的冰点定为）建议倒过来，把水

17、的冰点定为0度，度，沸点定为沸点定为100度。度。 华氏温标和摄氏温标的测温物质、固定点和分度华氏温标和摄氏温标的测温物质、固定点和分度方法都是任意选定的，并且温标三要素都与物质方法都是任意选定的，并且温标三要素都与物质的选择有关，一般称为经验温标的选择有关，一般称为经验温标3 3、ITS-90ITS-90温标温标 我国目前采用的温标是我国目前采用的温标是19901990年国际温标，代号为年国际温标，代号为ITS-90,ITS-90,简称简称9090温标。温标。温度单位：温度单位： 1990 1990国际温标（国际温标（ITS-90ITS-90）, ,该温标中规定了热力该温标中规定了热力学温度

18、是基本温度，符号为学温度是基本温度，符号为T T，其单位为开尔文，符，其单位为开尔文，符号为号为K K。开尔文等于水三相点的热力学温度。开尔文等于水三相点的热力学温度1/273.161/273.16。同时还可以使用摄氏温度，以符号同时还可以使用摄氏温度，以符号t t表示（表示（t90t90）。）。摄氏温度的分度值与热力学温度的分度值相同，摄氏温度的分度值与热力学温度的分度值相同，即即1=1K1=1K。国际实用温标刻度的划分以水三相点的热力学温国际实用温标刻度的划分以水三相点的热力学温度（度（T=273.16K=0.01T=273.16K=0.01）为定义固定点（起始点），）为定义固定点（起始点

19、），也就是把从绝对零度到水三相点之间的温度分为也就是把从绝对零度到水三相点之间的温度分为273.16273.16份，每一份叫做份，每一份叫做1K1K（以绝对零度为起点）。（以绝对零度为起点）。摄氏温度摄氏温度t t与热力学温度与热力学温度T T之间的数值关系为：之间的数值关系为：t=T-273.15t=T-273.15。 温度计分为接触式与非接触式温度计两大类，温度计分为接触式与非接触式温度计两大类，前者感温元件与被测介质直接接触，后者感温元件前者感温元件与被测介质直接接触，后者感温元件不与被测介质接触。不与被测介质接触。三、温度计的分类与特点三、温度计的分类与特点种类种类温度表温度表测温原理

20、测温原理优点优点缺点缺点测温范围测温范围（）接触式接触式温度表温度表玻璃管液体温玻璃管液体温度计度计利用液体体积随温度利用液体体积随温度变化的性质变化的性质结构简单、准结构简单、准确度高、价格确度高、价格便宜便宜容易破损、读容易破损、读数不便、信号数不便、信号不能远传不能远传-80600压力式温度表压力式温度表利用定容气体或液体利用定容气体或液体压力随温度变化的性压力随温度变化的性质质结构简单可靠、结构简单可靠、信号能远传信号能远传准确度低，受准确度低，受环境温度影响环境温度影响大大-100600双金属温度表双金属温度表利用固体热膨胀变形利用固体热膨胀变形量随温度变化的性质量随温度变化的性质结

21、构简单可靠结构简单可靠准确度低，信准确度低，信号不能远传号不能远传-80600热电偶温度表热电偶温度表利用金属导体的热电利用金属导体的热电效应效应测量范围宽、测量范围宽、准确度高、信准确度高、信号能远传号能远传冷端温度需要冷端温度需要补偿、测低温补偿、测低温准确度较低准确度较低-2001800热电阻温度表热电阻温度表利用金属导体或半导利用金属导体或半导体的热电阻效应体的热电阻效应准确度高、性准确度高、性能稳定、信号能稳定、信号能远传能远传传感器结构复传感器结构复杂、需要外接杂、需要外接电源电源-200800非接触非接触式温度式温度表表光学高温计光学高温计利用物体的单色辐射利用物体的单色辐射强度或亮度随温度变强度或亮度随温度变化的性质化的性质结构简单、携结构简单、携带方便、不破带方便、不破坏对象坏对象受环境温度影受环境温度影响大响大3003200辐射高温计辐射高温计利用物体全辐射能随利用物体全辐射能随温度变化的性质温度变化的性质结构简单、性结构简单、性能稳定能稳定受环境温度影受环境温度影响大响大7002000