關(guān)于溫度的知識(shí)

溫度是表示冷熱的物理量或系統(tǒng)中原子或分子的平均動(dòng)能的量度。它是熱能的表現(xiàn)，存在于所有物質(zhì)中，當(dāng)一個(gè)物體與另一個(gè)更冷或更熱的物體接觸時(shí)，它是熱量發(fā)生的來源，一種能量流動(dòng)。溫度不應(yīng)與熱量混淆。

溫度是用溫度計(jì)測(cè)量的。溫度計(jì)在歷史上使用各種參考點(diǎn)和測(cè)溫物質(zhì)進(jìn)行定義的各種溫標(biāo)中進(jìn)行校準(zhǔn)。最常見的標(biāo)度是攝氏標(biāo)度（以前稱為攝氏度，表示為°C）、華氏標(biāo)度（表示為°F）和開爾文標(biāo)度（表示為 K），最后一種主要用于科學(xué)目的國(guó)際單位制(SI) 公約。

最低理論溫度絕對(duì)為零，在該溫度下，無法從物體中提取更多熱能。實(shí)驗(yàn)上，它只能非常接近（100 pK），但無法達(dá)到，這在熱力學(xué)第三定律中得到了認(rèn)可。

溫度標(biāo)度有兩種不同：選擇為零度的點(diǎn)和標(biāo)度上增量單位或度數(shù)的大小。

攝氏溫度(°C) 用于世界大部分地區(qū)的常見溫度測(cè)量。它是由歷史進(jìn)步發(fā)展起來的經(jīng)驗(yàn)量表，導(dǎo)致它的歸零0 °C由水的冰點(diǎn)定義，附加度數(shù)定義為在海平面大氣壓下， 100°C是水的沸點(diǎn)。因?yàn)橛?00度的間隔，所以被稱為攝氏刻度。自從國(guó)際單位制中的開爾文標(biāo)準(zhǔn)化以來，它隨后被重新定義為開爾文標(biāo)度上的等效固定點(diǎn)，因此溫度增加 1 攝氏度與增加 1 攝氏度相同1 開爾文，盡管它們的附加偏移量正好為 273.15。

絕對(duì)零

在溫度絕對(duì)為零時(shí)，沒有能量可以作為熱從物質(zhì)中去除，這一事實(shí)在熱力學(xué)第三定律中得到了表達(dá)。在這個(gè)溫度下，物質(zhì)不包含宏觀熱能，但仍具有不確定性原理所預(yù)測(cè)的量子力學(xué)零點(diǎn)能量，盡管這并未進(jìn)入絕對(duì)溫度的定義中。實(shí)驗(yàn)上，絕對(duì)零只能非常接近；它永遠(yuǎn)無法達(dá)到（實(shí)驗(yàn)達(dá)到的最低溫度是 100 pK）。從理論上講，在絕對(duì)零溫度的物體中，其粒子的所有經(jīng)典運(yùn)動(dòng)都已停止，并且在經(jīng)典意義上它們處于完全靜止?fàn)顟B(tài)。絕對(duì)零，定義為0 K , 正好等于?273.15 °C，或?459.67°F。

絕對(duì)比例

參考玻爾茲曼常數(shù)、麥克斯韋-玻爾茲曼分布和玻爾茲曼熵的統(tǒng)計(jì)力學(xué)定義，與 Gibbs 定義不同，用于獨(dú)立移動(dòng)的微觀粒子，不考慮粒子間勢(shì)能，根據(jù)國(guó)際協(xié)議，溫度刻度被定義并被稱為絕對(duì)的，因?yàn)樗?dú)立于特定測(cè)溫物質(zhì)和溫度計(jì)機(jī)制的特性。除了絕對(duì)零，它沒有參考溫度。它被稱為開爾文量表，廣泛用于科學(xué)和技術(shù)。開爾文（這個(gè)詞用小寫字母拼寫k) 是國(guó)際單位制(SI) 中的溫度單位。相對(duì)于絕對(duì)零，處于自身熱力學(xué)平衡狀態(tài)的物體的溫度始終為正。

國(guó)際開爾文量表

許多科學(xué)測(cè)量使用開爾文溫標(biāo)（單位符號(hào)：K），以紀(jì)念首先定義它的物理學(xué)家而命名。這是一個(gè)絕對(duì)規(guī)模。它的數(shù)值零點(diǎn)，0K，是溫度的絕對(duì)零。自 2019年5月以來，其度數(shù)已通過粒子動(dòng)力學(xué)理論和統(tǒng)計(jì)力學(xué)定義。在國(guó)際單位制(SI) 中，開爾文的大小是通過對(duì)微觀粒子平均動(dòng)能的各種經(jīng)驗(yàn)測(cè)量來定義的。它根據(jù)玻爾茲曼常數(shù)進(jìn)行數(shù)值評(píng)估，其值由國(guó)際慣例定義為固定值。

理解了溫度，再來看一看溫度測(cè)量。

溫度測(cè)量（也稱為測(cè)溫法）描述了測(cè)量當(dāng)前局部溫度以便立即或以后進(jìn)行評(píng)估的過程。由重復(fù)的標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)量組成的數(shù)據(jù)集可用于評(píng)估溫度趨勢(shì)。

兩千年前的希臘哲學(xué)家就知道了一些測(cè)溫原理。正如亨利·卡林頓·博爾頓 (Henry Carrington Bolton ) (1900) 所指出的，溫度計(jì)“從一個(gè)粗制濫造的玩具發(fā)展為一種精密儀器已經(jīng)用了一個(gè)多世紀(jì)，而且它的早期歷史充滿了錯(cuò)誤的陳述，這些錯(cuò)誤的陳述被他們所接受的教條主義所重申。權(quán)威的虛假印記?！?在 18 世紀(jì)的前幾十年，在荷蘭共和國(guó)，丹尼爾·加布里埃爾·華氏[2]在測(cè)溫史上取得了兩次革命性的突破。他發(fā)明了水銀玻璃溫度計(jì)（第一個(gè)廣泛使用、準(zhǔn)確、實(shí)用的溫度計(jì)）和華氏溫度刻度（第一個(gè)被廣泛使用的標(biāo)準(zhǔn)化溫度刻度）。

已經(jīng)開發(fā)了許多測(cè)量溫度的方法。其中大多數(shù)依賴于測(cè)量隨溫度變化的工作材料的某些物理特性。測(cè)量溫度的最常見設(shè)備之一是玻璃溫度計(jì)。它由一個(gè)裝滿汞或其他液體的玻璃管組成，作為工作流體。溫度升高會(huì)導(dǎo)致流體膨脹，因此可以通過測(cè)量流體的體積來確定溫度。這種溫度計(jì)通常經(jīng)過校準(zhǔn)，因此人們可以通過觀察溫度計(jì)中的液位來簡(jiǎn)單地讀取溫度。另一種在實(shí)踐中使用不多但從理論角度來看很重要的溫度計(jì)是氣體溫度計(jì)。

其他重要的溫度測(cè)量設(shè)備包括：

• 熱電偶
• 熱敏電阻
• 電阻溫度檢測(cè)器(RTD)
• 高溫計(jì)
• 朗繆爾探針（用于等離子體的電子溫度）
• 紅外線溫度計(jì)
• 其他溫度計(jì)

測(cè)量溫度時(shí)必須小心，以確保測(cè)量?jī)x器（溫度計(jì)、熱電偶等）與被測(cè)量材料的溫度確實(shí)相同。在某些情況下，來自測(cè)量?jī)x器的熱量會(huì)導(dǎo)致溫度梯度，因此測(cè)得的溫度與系統(tǒng)的實(shí)際溫度不同。在這種情況下，測(cè)得的溫度不僅會(huì)隨著系統(tǒng)溫度的變化而變化，還會(huì)隨著系統(tǒng)的傳熱特性而變化。

人類、動(dòng)物和植物所體驗(yàn)的熱舒適度不僅僅與玻璃溫度計(jì)上顯示的溫度有關(guān)。環(huán)境空氣中的相對(duì)濕度水平可以引起或多或少的蒸發(fā)冷卻。濕球溫度的測(cè)量使這種濕度效應(yīng)正?；?。 平均輻射溫度也會(huì)影響熱舒適度。即使玻璃溫度計(jì)顯示相同的溫度，風(fēng)寒因素也會(huì)使大風(fēng)條件下的天氣比平靜條件下的天氣更冷。氣流增加了從或到身體的熱傳遞速率，導(dǎo)致相同環(huán)境溫度下體溫的更大變化。

溫度計(jì)的理論基礎(chǔ)是熱力學(xué)第零定律，它假設(shè)如果你有三個(gè)物體，A，B和C，如果A和B處于相同的溫度，B和C處于相同的溫度，那么A和C是在相同的溫度。B當(dāng)然是溫度計(jì)。

在某些條件下，可以通過直接使用普朗克黑體輻射定律來測(cè)量溫度。例如，宇宙微波背景溫度是根據(jù)WMAP等衛(wèi)星觀測(cè)觀測(cè)到的光子光譜測(cè)量的。在通過 重離子碰撞研究夸克-膠子等離子體時(shí)，單粒子光譜有時(shí)可以用作溫度計(jì)。

近幾十年來，已經(jīng)開發(fā)了許多測(cè)溫技術(shù)。在生物技術(shù)背景下，最有前途和最廣泛使用的非侵入性測(cè)溫技術(shù)是基于磁共振圖像、計(jì)算機(jī)斷層掃描圖像和回聲斷層掃描的分析。這些技術(shù)允許在不引入傳感元件的情況下監(jiān)測(cè)組織內(nèi)的溫度。在反應(yīng)流（例如燃燒、等離子體）領(lǐng)域，激光誘導(dǎo)熒光 (LIF)、CARS 和激光吸收光譜已被用于測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、激波管、合成反應(yīng)器內(nèi)部的溫度等。這種基于光學(xué)的技術(shù)的能力包括快速測(cè)量（低至納秒時(shí)間尺度），盡管能夠不擾亂測(cè)量對(duì)象（例如，火焰、沖擊加熱的氣體）。