温标,没有你想的那么简单

温标,没有你想的那么简单

2023-01-09

温度(temperature)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。注意这里说的温度只能间接测量。而用来测两温度的物质的属性,不一定随着温度的变换是均匀的。比如标准大气压下,冰水混合物为0摄氏度,开水为100摄氏度,那么0-100之间分为100等分,每份间隔为1摄氏度。但如何测量呢?而用来量度物体温度数值的标尺叫温标。

为了定量地进行温度的测量,首先必须确定温度的数值表示方法,然后以此为根据对温度计进行刻度。温度的数值表示法叫做温标。所谓数值表示法包括两个方面:一是确定温度数值大小的依据;二是标度方法。具体说来又包含以下三个要素:

(1)选定测温物质及其测温属性,此属性用数值表示即某种物质的测温参量X(如铂的电阻;热电偶的温差电动势等。)

(2)确定测温参量与温度之间的关系,当然线性关系最简单。

(3)确定标准温度点并规定其数值,此即标度方法。

以上三个要素实际包括了五个方面的内容即:

①测温质;

②测温性质(测温参量);

③温度与测温参量间的关系;

④标准温度点;

⑤标准温度点的数值。

它规定了温度的读数起点(零点)和测量温度的基本单位。国际单位为热力学温标(K)。国际上用得较多的其他温标有华氏温标(°F)、摄氏温标(°C)和国际实用温标。例如,在热力学温标下,一标准大气压下,水的沸点并非是严格的373.15K或100摄氏度。而在摄氏温标下,则是严格的100摄氏度,二者间差别微小,小于百分之一度,所以我们一般仍说水的沸点是100摄氏度)。但热力学温标无法直接用于测定温度,因此在实际测温中需要实用温标。在热力学温标下,温度和水银柱的高度在一定的条件下,呈良好的线性关系(其实也并不完全线性,只是误差很小通常可以忽略),如果改成酒精仍然只是近似的线性关系。只有理想气体作测温物质时,在等容条件下,温度和理想气体的压强才成严格的线性关系。理想气体温标就是一种实用温标,它在气体的沸点上方和热力学温标是完全等价的。因此实用上可以用理想气体温标代替热力学温标。

水银温度计的刻度标准需要经过实用温标的校正才是比较准确的,普通水银温度计测温会受到很多其它因素的影响,使之不太可能准确测定到比方百分之一度,因此也就没有必要对刻度做非常精密的校准了(以致看起来刻度就是均匀的)。

由上可知,温度实际上是人为指定的(热力学温标),在热力学温标下,水银和其它任何物质一样受热膨胀并不均匀,只不过不均匀的程度比较小(例如比水小得多),因此不要求很准确时,可以用水银进行测温,并且刻度几乎是均匀的。要求很高时,水银就不适于用作测温物质了,这时可以采用理想气体温度计等其它高精度的测量仪器。

楼主在问题的最后说“如果水银也有类似不均匀的膨胀,那么我们的温度单位就不是均匀的了”这个说法有点小问题,温度单位本身并不存在是否均匀的问题,只有当我们假定温度和水银柱高度在某一温度区间呈线性关系,在另一温度区间却不呈线性关系,我们才会“感觉”到温度的变化“不均匀”。事实上如前说述,二者在任意区间都不是严格的线性关系,那么何为均匀何为不均匀就失去了意义。

综上,如果没有热力学温标的校准,那么把谁作为标准,谁就是标尺,其他对标尺是否一致,如果一致,就是均匀的,否则就是不均匀的。

所以,温标就是标准,说你行就行,不行也行;和标准不匹配就不均匀,均匀也不均匀。:)

参考:

https://www.zhihu.com/question/21123453 https://zhidao.baidu.com/question/181968751.htmlhttps://baike.baidu.com/item/%E6%B8%A9%E5%BA%A6/221599

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