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承德民族师专学报1999年增刊

温度与温标

彭艺文

冷热现象是自然界中的一种普遍现象,它与人类的生存,社会的发展,人们的衣、食、住、行
息息相关。将冷热现象进一步科学化后,定量地描述一个物体的冷热程度的物理量,就叫做温
度。它的本质和物质的分子运动密切相关。温度又是一个特别的物理量,两个物体的温度不能
相加,两个温度之间只能有相等或不相等的关系。许多自然现象和温度这个量紧密相联,例如
春、夏、秋、冬四季,物质的汽态、液态、固态都是和温度的高低有直接关系。温度这个量也是工
业生产中的一个重要参量,许多工业部门都要精确地测量温度、准确地控制温度。如果温度测
量不准或控温系统失灵,就会影响生产,甚至造成事故。所以对温度这个量的科学认识和主动
掌握,对工农业生产和科学实验,具有重大意义。
由实验观察得知,在冷热不同的情况下,即在温度不同情况下,物体的体积,气体的压强,
金属导体的电阻率等性质都会随温度的变化而变化,这样我们就有可能从某些物理性质随温
度的变化中,找出一些确定的关系,来作为衡量温度高低的标准。这方面的研究是由历史上许
多伟大科学家开始的。大家公认伽利略制成了历史上第一个温度计。随后不少人继续研究,进
行了改进、完善和新的探索,例如雷纳尔金于1694年建议把水的冰点和沸点作为温度计的固
定点,然后再进行分度,即确定温标,牛顿曾用亚麻子油制成了温度计,他把雪的熔点定为零
度,把人体的温度定为12度。
用数值表示温度的高低,是与选择的固定点及固定点之间的分度方法有关的,即与温度有
关,温标不同表示温度高低的数值也不同。例如历史上第一只实用的温度计是荷兰人华伦海特
(Fahrenheit)制造的,1742年他把冰的熔点定为32u人体的温度定为98u,水的沸点定为
212u。1730年法国人列奥米尔(Reaumur),将水的冰点定为0°R,将水的沸点定为80°R,两定
点之间分为80等份。1742年瑞典人摄尔修斯(Celsius)把冰的熔点定为0℃,水的沸点定为
100℃,两定点之间分成100等份,每份为一度,这就是大家熟知,历史上有名的华氏温标,列氏
温标和摄氏温标,以上通常称为经验温标。但这些温标有一个共同的缺点,不但温标不同,所表
示的温度数值不同,就是同一温标中测温物质不同,其随温度变化的情况就不同,故所测量出
的温度也有差异,例如摄氏温标,用水银温度计来测量,根据上面的定义,用公式表示应为:

ht2h0
t=×100式中:h0代表冰的熔点时,温度计水银面的高度,并规定为0℃;h100代表
h1002h0

水的沸点时,温度计水银面的高度,并规定为100℃;ht代表温度为t℃时相对应的温度计
水银面的高度。

Rt2R0
如果用电阻温度计,并假定电阻随温度成正比变化,同样可用如下公式表示t=×
R1002R0
100。实验发现,用这两种温度计测出的温度t是有差异的,即温度数值与测温物质有关。又例

1999年3月12日收稿
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如用水银温度计指示为50℃的温度,用CS2温度计测量,将是4915℃,随着工业的发达和科学
的进步与交流,迫切需要有一个共同的尺度来表征温度测量的结果,这个“共同尺度”的探寻,
是和当时的科学水平与工业生产密切相关的。十八世纪的工业革命促进了热力学的研究与发
展,特别对热机(蒸汽机和内燃机)的效率认识的愈来愈深入,热机效率的定义是
WQ12Q2Q2
L===12Q1代表热机从加热器中所吸收的热量;Q2代表热机传给冷却
Q1Q1Q1

器的热量;W代表热机对外做的有用功,根据能量守恒原理;W=Q12Q2,显然热机的效率愈高
愈好,如何提高效率是热力学理论研究中的实际问题。为了理论研究的简化和方便,科学家抽
象出可逆热机的概念。在热力学中有一个卡诺定理,该定理说,所有工作于两个一定温度之间
的可逆热机,其效率相等,而且L只与这两个温度有关,与工作物质等因素无关。根据理论结
果,开尔文于1848年首先提出热力学温标,由此温标所标出的温度叫热力学温度,考虑到通常
Q2T2Q
使用的经验温标等因素,他所采用的公式是=此式还可写成T=T0,T0=273.16k,即
Q1T1Q0
水三相点的热力学温度,此式即为热力学温标的定义式。从理论上所规定的这种温标与测温物
质的性质无关。热力学温标被公认为是最基本最科学的温标,它是一切温度测量的科学基础和
最终标准。但这是一种热力学理论的结果,在实际中如何实现这种理论结果呢?经过进一步研
究表明,理想气体温度计可以实现热力学温标,即理想气体温度计,所实现的温标与热力学温
标是等同的。由热力学知,理想气体的状态方程是PV=RT,根据此式可以制成定压和定容两
VP
种气体温度计,它们的表达式可分别写为T=T0和T=T0,但理想气体是理论的抽象,
V0P0
实际