• 熱力學溫度

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    什么是熱力學溫度

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    熱力學溫度是xxx溫度的量度,是熱力學的主要參數之一。熱力學溫度讀數為零表示使物質具有溫度、由于原子運動可轉移的動能的基本物理特性開始的點。在科學中,熱力學溫度是在開爾文標度上測量的,測量單位是開爾文(單位符號:K)。相比之下,295K的溫度是一個舒適的溫度,等于21.85°C和71.33°F。

    在熱力學溫度的零點,xxx零點,物質的粒子成分運動最小,不會變冷。xxx零,即零開爾文(0K)的溫度,精確地等于-273.15°C和-459.67°F。xxx為零的物質沒有剩余的可轉移平均動能,xxx剩余的粒子運動是由于一種稱為零點能量的無處不在的量子力學現象。盡管在,原子例如,液體容器氦,這是精確地在xxx零度將仍然熙熙攘攘,略微由于零點能,一理論上完美的熱機,以氦作為其一種工作流體,永遠不會將任何凈動能(熱能)傳遞給另一種工作流體,也不會發生熱力學功。

    概述

    在國際單位制(SI)指定xxx溫標用于測量熱力學溫度,和測量單位開爾文(單位符號:K),用于沿標尺的特定值。開爾文還用于表示溫度間隔(兩個溫度之間的跨度或差值),如以下示例用法:“60/40錫/鉛焊料是非共晶的,并且在凝固時是5開爾文范圍內的塑料。”一攝氏度的溫度區間與一開爾文的量級相同。

    開爾文的大小在2019年根據熱力學溫度的物理特性重新定義:原子粒子運動的動能。重新定義將玻爾茲曼常數精確地固定在1.380649×10-23焦耳每開爾文(J/K)。玻爾茲曼常數的復合度量單位通常也表示為J·K-1,由于乘法點(·)和開爾文符號后跟上標負1指數,這可能看起來很抽象,但是這只是表示相同度量的另一種數學語法:焦耳(能量的SI單位,包括動能)每開爾文。

    通過檢查理想氣體定律,可以很容易地理解使任何物質具有溫度的特性,根據玻爾茲曼常數,該定律涉及熱能如何導致某些氣體的壓力和溫度發生精確定義的變化。這是因為像氦氣和氬氣這樣的單原子氣體在動力學上表現得像完全有彈性的球形臺球,它們僅在物質中可能發生的振動運動的特定子集中運動:包括三個平移自由度.平移自由度是在3D空間的X、Y和Z軸上熟悉的類似臺球的運動(參見下圖1)。這就是為什么惰性氣體每個原子都具有相同的比熱容以及為什么該值是所有氣體中最低的。

    然而,分子(兩個或更多化學鍵合的原子)具有內部結構,因此具有額外的內部自由度(參見下面的圖3),這使得分子在任何給定的溫升下吸收更多的熱能。單原子氣體。熱能產生于所有可用的自由度;這符合均分定理,因此所有可用的內部自由度都與它們的三個外部自由度具有相同的溫度。然而,賦予所有氣體壓力的特性是由氣體粒子從容器上反沖而產生的容器上每單位面積的凈力,它是原子和分子的三個平移自由度中承受的動能的函數。

    將玻爾茲曼常數固定為特定值,以及其他規則制定,可以根據惰性氣體的平均動力學行為精確確定熱力學溫度單位區間開爾文的大小。此外,熱力學溫標的起點,xxx零,被重申為樣品中保持零平均動能的點;xxx剩下的粒子運動是由零點能量引起的隨機振動。

    熱力學溫度的實際應用

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    熱力學溫度不僅對科學家有用,而且對許多涉及氣體的學科的外行人也很有用。通過以xxx形式表達變量并應用蓋伊-呂薩克溫度/壓力比例定律,日常問題的解決方案很簡單;例如,計算溫度變化如何影響汽車輪胎內的壓力。如果輪胎的冷表壓為200kPa,則其xxx壓力為300kPa。室溫(輪胎術語中的“冷”)為296K。如果輪胎溫度高20°C(20開爾文),則解計算如下316千/296千=熱力學溫度和xxx壓力提高6.8%;即xxx壓力為320kPa,也就是220kPa的表壓。

    熱力學溫度

    與理想氣體定律的關系

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    熱力學溫度與理想氣體定律及其后果密切相關。它也可以與熱力學第二定律聯系起來。可以證明熱力學溫度具有特殊的性質,特別是可以通過考慮理想化熱機的效率而被xxx地定義(直到某個恒定的乘數因子)。因此,兩個溫度T1和T2的比率T2/T1在所有xxx尺度上都是相同的。

    嚴格來說,系統的溫度只有在達到熱平衡時才是明確定義的。從微觀角度來看,如果材料的各個粒子之間的熱量相互抵消,則材料處于熱平衡狀態。有許多可能的溫度標度,源自對物理現象的各種觀察。

    簡而言之,溫差決定了兩個系統之間的熱量方向,因此它們的組合能量xxx程度地分布在它們可能的最低狀態中。我們稱這種分布為“熵”。為了更好地理解溫度和熵之間的關系,請考慮卡諾熱機中說明的熱量、功和溫度之間的關系。發動機通過充氣活塞引導高溫熱源TH和低溫散熱器TC之間的溫度梯度,將熱量轉化為功。

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    詞條目錄
    1. 什么是熱力學溫度
    2. 概述
    3. 熱力學溫度的實際應用
    4. 與理想氣體定律的關系

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