热力学温度

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热力学温度是绝对温度的量度,是热力学的主要参数之一。热力学温度读数为零表示使物质具有温度、由于原子运动可转移的动能的基本物理特性开始的点。在科学中,热力学温度是在开尔文标度上测量的,测量单位是开尔文(单位符号:K)。相比之下,295K的温度是一个舒适的温度,等于21.85°C和71.33°F。 在热力学温度的零点,绝对零点,物质的粒子成分运动最小,不会变冷。绝对零,即零开尔文(0K)的温度,精确地...

什么是热力学温度

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热力学温度是xxx温度的量度,是热力学的主要参数之一。热力学温度读数为零表示使物质具有温度、由于原子运动可转移的动能的基本物理特性开始的点。在科学中,热力学温度是在开尔文标度上测量的,测量单位是开尔文(单位符号:K)。相比之下,295K的温度是一个舒适的温度,等于21.85°C和71.33°F。

在热力学温度的零点,xxx零点,物质的粒子成分运动最小,不会变冷。xxx零,即零开尔文(0K)的温度,精确地等于-273.15°C和-459.67°F。xxx为零的物质没有剩余的可转移平均动能,xxx剩余的粒子运动是由于一种称为零点能量的无处不在的量子力学现象。尽管在,原子例如,液体容器氦,这是精确地在xxx零度将仍然熙熙攘攘,略微由于零点能,一理论上完美的热机,以氦作为其一种工作流体,永远不会将任何净动能(热能)传递给另一种工作流体,也不会发生热力学功。

概述

在国际单位制(SI)指定xxx温标用于测量热力学温度,和测量单位开尔文(单位符号:K),用于沿标尺的特定值。开尔文还用于表示温度间隔(两个温度之间的跨度或差值),如以下示例用法:“60/40锡/铅焊料是非共晶的,并且在凝固时是5开尔文范围内的塑料。”一摄氏度的温度区间与一开尔文的量级相同。

开尔文的大小在2019年根据热力学温度的物理特性重新定义:原子粒子运动的动能。重新定义将玻尔兹曼常数精确地固定在1.380649×10-23焦耳每开尔文(J/K)。玻尔兹曼常数的复合度量单位通常也表示为J·K-1,由于乘法点(·)和开尔文符号后跟上标负1指数,这可能看起来很抽象,但是这只是表示相同度量的另一种数学语法:焦耳(能量的SI单位,包括动能)每开尔文。

通过检查理想气体定律,可以很容易地理解使任何物质具有温度的特性,根据玻尔兹曼常数,该定律涉及热能如何导致某些气体的压力和温度发生精确定义的变化。这是因为像氦气和氩气这样的单原子气体在动力学上表现得像完全有弹性的球形台球,它们仅在物质中可能发生的振动运动的特定子集中运动:包括三个平移自由度.平移自由度是在3D空间的X、Y和Z轴上熟悉的类似台球的运动(参见下图1)。这就是为什么惰性气体每个原子都具有相同的比热容以及为什么该值是所有气体中最低的。

然而,分子(两个或更多化学键合的原子)具有内部结构,因此具有额外的内部自由度(参见下面的图3),这使得分子在任何给定的温升下吸收更多的热能。单原子气体。热能产生于所有可用的自由度;这符合均分定理,因此所有可用的内部自由度都与它们的三个外部自由度具有相同的温度。然而,赋予所有气体压力的特性是由气体粒子从容器上反冲而产生的容器上每单位面积的净力,它是原子和分子的三个平移自由度中承受的动能的函数。

将玻尔兹曼常数固定为特定值,以及其他规则制定,可以根据惰性气体的平均动力学行为精确确定热力学温度单位区间开尔文的大小。此外,热力学温标的起点,xxx零,被重申为样品中保持零平均动能的点;xxx剩下的粒子运动是由零点能量引起的随机振动。

热力学温度的实际应用

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热力学温度不仅对科学家有用,而且对许多涉及气体的学科的外行人也很有用。通过以xxx形式表达变量并应用盖伊-吕萨克温度/压力比例定律,日常问题的解决方案很简单;例如,计算温度变化如何影响汽车轮胎内的压力。如果轮胎的冷表压为200kPa,则其xxx压力为300kPa。室温(轮胎术语中的“冷”)为296K。如果轮胎温度高20°C(20开尔文),则解计算如下316千/296千=热力学温度和xxx压力提高6.8%;即xxx压力为320kPa,也就是220kPa的表压。

热力学温度

与理想气体定律的关系

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热力学温度与理想气体定律及其后果密切相关。它也可以与热力学第二定律联系起来。可以证明热力学温度具有特殊的性质,特别是可以通过考虑理想化热机的效率而被xxx地定义(直到某个恒定的乘数因子)。因此,两个温度T1和T2的比率T2/T1在所有xxx尺度上都是相同的。

严格来说,系统的温度只有在达到热平衡时才是明确定义的。从微观角度来看,如果材料的各个粒子之间的热量相互抵消,则材料处于热平衡状态。有许多可能的温度标度,源自对物理现象的各种观察。

简而言之,温差决定了两个系统之间的热量方向,因此它们的组合能量xxx程度地分布在它们可能的最低状态中。我们称这种分布为“熵”。为了更好地理解温度和熵之间的关系,请考虑卡诺热机中说明的热量、功和温度之间的关系。发动机通过充气活塞引导高温热源TH和低温散热器TC之间的温度梯度,将热量转化为功。

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词条目录
  1. 什么是热力学温度
  2. 概述
  3. 热力学温度的实际应用
  4. 与理想气体定律的关系

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