溫度(物理量)

溫度(物理量)

溫度(temperature)是表示物體冷熱程度的物理量,微觀上來講是物體分子熱運動的劇烈程度。溫度只能通過物體隨溫度變化的某些特性來間接測量,而用來量度物體溫度數值的標尺叫溫標

它規定了溫度的讀數起點(零點)和測量溫度的基本單位。國際單位為熱力學溫標(K)。目前國際上用得較多的其他溫標有華氏溫標(°F)、攝氏溫標(°C)和國際實用溫標。

從分子運動論觀點看,溫度是物體分子運動平均動能的標誌。溫度是大量分子熱運動的集體表現,含有統計意義。對於個別分子來說,溫度是沒有意義的。根據某個可觀察現象(如水銀柱的膨脹),按照幾種任意標度之一所測得的冷熱程度。

基本介绍

  • 中文名:溫度
  • 外文名:temperature
  • 拼音:wēn dù
  • 作用:表示物體冷熱程度的物理量
  • 縮寫:T
  • 國際單位:開爾文
基本含義,氣溫,地面氣溫的測量,引證解釋,標度等級,開爾文單位,華氏溫標,攝氏溫標,兩者關係,溫標分類,按標度法,按測溫,90國際溫標,測量,接觸式測溫法,非接觸式測溫法,其他測量方法,熱力學第零定律,影響,對自然環境的影響,對物理性質的影響,對人體的影響,極端溫度,奇異現象,特殊溫度,最佳溫度,外層空間,宇宙溫度,星體溫度,絕對溫度,絕對溫標,絕對零度,絕對最高溫度,

基本含義

粒子對撞機粒子對撞機
根據某個可觀察現象(如水銀柱的膨脹),按照幾種任意標度之一所測得的冷熱程度。溫度是物體內分子間平動動能的一種表現形式。分子運動愈快,即溫度愈高,物體愈熱;分子運動愈慢,即溫度愈低,物體愈冷。從分子運動論觀點看,溫度是物體分子運動平均動能的標誌,溫度是分子熱運動的集體表現,含有統計意義。
(溫度高到一定程度把空氣中的氧氣物質燃燒化為火焰傳遞熱可導致物質融化融解高到極致便毀滅物質(質量)能量一切;溫度低到一定程度便可以與水或空氣或身體(血液)中的水分凝固成冰傳遞冷,冰凍可導致物質碎裂,冷到極致可碎裂物質質量能量一切危及生命的都可以改變物體的移動(運動)速度。)
對於真空而言,溫度就表現為環境溫度,是物體在該真空環境下,物體內分子間平均動能的一種表現形式。物體在不同熱源輻射下的不同真空里,物體的溫度是不同的,這一現象為真空環境溫度。比如,物體在離太陽較近的太空中,溫度較高;物體在離太陽較遠的太空中,反之,溫度較低。這是太陽輻射對太空環境溫度的影響。

氣溫

大氣層中氣體的溫度是氣溫,是氣象學常用名詞。它直接受日射所影響:日射越多,氣溫越高。中國以攝氏溫標(℃)表示。氣象部門所說的地面氣溫,就是指高地面約1.5m處百葉箱中的溫度。

地面氣溫的測量

氣象台站用來測量近地面空氣溫度的主要儀器是裝有水銀酒精的玻璃管溫度表。因為溫度表本身吸收太陽熱量的能力比空氣大,,曬下指示的讀數往往高於它周圍空氣的實際溫度,所以測量近地面空氣溫度時,通常都把溫度表放在離地約1.5m處四面通風的百葉箱裡。

引證解釋

1.冷熱的程度。冰心《姑姑·分》:“你將永遠是花房裡的一盆小花,風雨不侵的在劃一的溫度之下,嬌嫩的開放著。”《小說選刊》1981年第8期:“小兄弟,不能光講風度,忘記溫度,要穿厚實一些。”
2.指熱度。老舍《離婚》第二十:“夏天頂好不去拜訪親友,特別是胖人。可是吳太太必須出來尋親問友,好像只為給人家屋裡增加些溫度。”

標度等級

開爾文單位

絕對零度作為計算起點的溫度。即將水三相點的溫度準確定義為273.16K後所得到的溫度,過去也曾稱為絕對溫度。開爾文溫度常用符號K表示,其單位為開爾文,定義為水三相點溫度的1/273.16。開爾文溫度和人們習慣使用的攝氏溫度相差一個常數273.15,即=+273.15(是攝氏溫度的符號)。
高溫高溫
例如,用攝氏溫度表示的水三相點溫度為0.01℃,而用開爾文溫度表示則為273.16K。開爾文溫度與攝氏溫度的區別只是計算溫度的起點不同,即零點不同,彼此相差一個常數,可以相互換算。這兩者之間的區別不能夠與熱力學溫度和國際實用溫標溫度之間的區別相混淆,後兩者間的區別是定義上的差別。熱力學溫度可以表示成開爾文溫度;同樣,國際實用溫標溫度也可以表示成開爾文溫度。當然,它們也都可以表示成攝氏溫度。所以1℃=274.15K,0℃=273.15K。

華氏溫標

華氏度(Fahrenheit)和攝氏度(Centigrade)都是用來計量溫度的單位。包括中國在內的世界上很多國家都使用攝氏度,美國和其他一些英語國家使用華氏度而較少使用攝氏度。
它是以其發明者Gabriel D. Fahrenheit(1681—1736)命名的,其結冰點是32°F,沸點為211.9532°F。1714年德國人法勒海特(Fahrenheit)以水銀為測溫介質,製成玻璃水銀溫度計,選取氯化銨和冰水的混合物的溫度為溫度計的零度,人體溫度為溫度計的100度,把水銀溫度計從0度到100度按水銀的體積膨脹距離分成100份,每一份為1華氏度,記作“1℉”。包括我國在內的世界上絕大多數國家都使用攝氏度;世界上僅存5個國家使用華氏度,包括巴哈馬、貝里斯、英屬開曼群島、帛琉、美利堅合眾國及其他附屬領土(波多黎各、關島、美屬維京群島)。

攝氏溫標

它的發明者是Anders Celsius(1701—1744),其結冰點是0℃,沸點為99.974℃。1740年瑞典人攝氏(Celsius)提出在標準大氣壓下,把冰水混合物的溫度規定為0度,水的沸騰溫度規定為99.974度。根據水這兩個固定溫度點來對玻璃水銀溫度計進行分度。兩點間作100等分,每一份稱為1攝氏度。記作1℃。攝氏溫度已被納入國際單位制。物理學中攝氏溫度表示為t,絕對溫度(單位:開爾文)表示為T,攝氏溫度的定義是t=T-273.15。攝氏度是表示攝氏溫度時代替開爾文的一個專門名稱,在數值上1K=1℃。

兩者關係

攝氏溫度和華氏溫度的關係:T℉=1.8t℃+32(t為攝氏溫度數,T為華氏溫度數)
攝氏溫度和開爾文溫度的關係:°K=℃+273.15

不同的溫標下的溫度
溫標
絕對零度
標準大氣壓下水的冰點
人體正常體溫
標準大氣壓下水的沸點
開式溫標
0.00K
273.15K
309.95K
373.124K
攝氏溫標
-273.15℃
0.00℃
36.80℃
99.974℃
華氏溫標
-459.67°F
32.00°F
98.24°F
211.9532°F
列氏溫標
-218.52°Ré
0.00°Ré
29.44°Ré
79.9792°Ré
蘭金溫標
0.00R
491.67R
557.91R
671.6232R

溫標分類

為了定量地進行溫度的測量,首先必須確定溫度的數值表示方法,然後以此為根據對溫度計進行刻度。溫度的數值表示法叫做溫標。所謂數值表示法包括兩個方面:一是確定溫度數值大小的依據;二是標度方法。具體說來又包含以下三個要素:
第一,選定測溫物質及其測溫屬性,此屬性用數值表示即某種物質的測溫參量X(如鉑的電阻;熱電偶的溫差電動勢等。)
第二,確定測溫參量與溫度之間的關係(在尚未確立任何溫標之前,這種關係只是在一定經驗的基礎上作出的假定關係)。
例如確定為線性關係
t=aX+b (2.1)
(2.1)式中的a、b需要由所取的兩個標準溫度點的數值確定;又如確定溫度與測溫參量間為正比關係
T=aX (2.2)
式中的a只由一個標準溫度點即可確定。
第三,確定標準溫度點並規定其數值,此即標度方法。
以上三個要素實際包括了五個方面的內容即:
①測溫質;
②測溫性質(測溫參量);
③溫度與測溫參量間的關係;
④標準溫度點;
⑤標準溫度點的數值。
任何一種溫標,在這五個方面都有確定的內容(除熱力學溫標不涉及測溫質外),改變其中的任何一條就成為另一種溫標。但是由於一種溫標的名稱不可能把建立該種溫標的所有因素都表達出來,加上一些書籍在介紹溫標的種類時沒有嚴格按照概念劃分的原則(如在每次劃分時只能根據同一標準),而是把按不同標準劃分的不同溫標一起並列起來,這就容易使人分不清溫標究竟有幾種;各種溫標的區別以及它們之間的聯繫是什麼。
現將各種溫標分類介紹如下:

按標度法

(即三要素的第三條)不同分為:
①華氏溫標
由華倫海特(Fahrenheit,1686—1736,荷蘭)於1714年建立。他最初規定氯化銨與凍的混合物為0°F;人的體溫為100°F。後來規定在標準狀態下純水與凍的混合物為32°F;水的沸點為211.9532°F。兩個標準點之間均勻劃為180等分,每份為1°F。
②列氏溫標
由列奧繆爾(Reaumur,1685—1757,法國)於1740年建立。他將水的冰點定為0°R;將酒精體積改變千分之一的溫度變化為1°R。這樣,水的沸點為79.9792°R。
③攝氏溫標
由攝爾修斯(Celsius,1710—1744,瑞典)於1742年建立。最初,他將水的冰點定為0°C;水的沸點定為99.974°C,後來他接受了瑞典科學家林列的建議,把兩個溫度點的數值對調了過來。1960年國際計量大會對攝氏溫標做了新的定義,規定它由熱力學溫標導出。攝氏溫度(符號t)的定義為t/°C=T/K-273.15。
④開氏溫標
由開爾文(Lord Kelvin,1824—1907,英國)於1848年建立。1954年國際計量大會規定水的三相點的溫度為273.16K。這個數值的規定有其歷史的原因。
Ⅰ、為了使開爾文溫標每一度的溫度間隔與早已建立並廣為使用的攝氏標度法每一度的間隔相等;
Ⅱ、按理想氣體溫標,通過實驗並外推得出理想氣體的熱膨脹率為1/273.15。由此確定-273.15°C為絕對溫度的零度,而冰點的絕對溫度為273.15K;
Ⅲ、將標準溫度點由水的冰點改為水的三相點(相差0.01°C)時,按理想氣體溫標確定的水的三相點的溫度就確定為273.16K。

按測溫

包括測溫質,測溫參量X及其與溫度間的關係。
①經驗溫標
利用某一特定測溫物質的某特定測溫屬性隨溫度的變化關係而確定的溫標,習慣上常稱為某某溫度計。如水銀溫度計,酒精溫度計,鉑電阻溫度計,定容氫氣溫度計等。
一般說來,按同一標度法(如開氏)但用不同測溫質的同一測溫參量(如規定銅──康銅溫差電偶其溫差電動勢與溫度T成正比;銅—鋼溫差電偶其溫差電動勢與溫度T成正比);或同一物質不同測溫參量(如水銀的體積與溫度T成正比;水銀的電阻與T成正比);或不同測溫質不同測溫參量(如銅—康銅開氏標度法;鉑電阻開氏標度法)所建立的不同溫標製成的不同的溫度計,去測量同一待測系統、同一平衡態的溫度時,它們的讀數並不嚴格一致。這是因為不同物質的不同屬性隨溫度的變化關係並不相同。
因此,我們規定某一測溫質的測溫屬性隨溫度變化為正比關係而建立起一種經驗溫標,再用按這種溫標做成的溫度計去測量其他測量屬性隨溫度的變化關係,它就一般不再是正比關係了。然而我們在建立不同溫標時,卻又分別規定它們與溫度成正比關係。這樣製成的各個溫度計必然會造成讀數上的差別。例如用銅—康銅(開氏標度法)溫度計和鉑電阻(開氏標度法)溫度計,同時去測氮的正常沸點,前者的讀數為32K而後者為54.5K。
這個問題,對度量衡而言是一個嚴重的問題。為尋求理想的標準溫標(不因測溫質、測溫參量不同而讀數出現差異)經歷了由經驗溫標──半理論性溫標──理論性溫標的漫長過程。
②半理論性溫標──理想氣體溫標
理想氣體溫標的建立,幾乎所有普通物理教材中都有詳細介紹,故在此不再贅述。
理想氣體溫標比起經驗溫標,其優點在於它與任何氣體的任何特定性質無關。不論用何種氣體,在外推到壓強為零時,由它們所確定的溫度值都一樣。但是,理想氣體溫標畢竟還要依賴於氣體的共性,對極低溫度(氦氣在低於1.01×10Pa的蒸汽壓下的沸點1K以下)和高溫(1000°C以上)不適用。並且,理想氣體溫標在具體操作上也不夠便捷。
③理論溫標──熱力學溫標
我們在此也不再重述熱力學溫標建立的過程。眾所周知,在熱力學溫標中,熱量Q起著測溫參量的作用,然而比值Q1/Q2(Q1為可逆機從高溫熱源吸收的熱量;Q2為可逆機向低溫熱源放出的熱量)並不依賴於任何物質的特性。因此,熱力學溫標與測溫物質無關。
當然,任何一種溫標都必須是某種測量依據與某種標度法的結合。一般地說,任何一種標度法可以用於不同的測溫質的某種測溫參量。如水銀攝氏溫度計,酒精攝氏溫度計;任何一種測溫參量也可以採用不同的標度法。如理想氣體開爾文溫標,理想氣體攝氏溫標。但是以熱量Q為測溫參量的熱力學溫標,其標度法只取開氏標度法,所依據的是熱力學第二定律,這是它與其他溫標根本不同之點。
④協定性溫標
熱力學溫標是不依賴任何具體測溫物質及其測溫屬性的溫標,當然是最理想的溫標。但是,我們無法製造出可逆熱機,因而無法測出可逆熱機從高溫熱源吸收的熱量與向低溫熱源放出熱量之比。但是當理論上證明了,選用開爾文標度法,按熱力學溫標測定的溫度與按理想氣體溫標測定的溫度相同時,就可以用理想氣體溫標來實現熱力學溫標。
但是,由於由理想氣體溫標測溫程式繁複,極不方便快捷,並有一定的適用範圍。國際計量大會曾多次開會討論制定國際實用溫標,以便能簡單、方便、正確地測量溫度。1927年擬定了第一個國際實用溫標(ITS—27)。以後隨著科學技術不斷發展經1948、1960、1990年曆次國際計量大會的修訂,使國際實用溫標日臻完善。國際實用溫標的基本思想是:將溫度範圍分成幾個區域,每個區域採用操作起來較為簡便的溫度計。但它們的刻度均以熱力學溫標逼近,即在不同的溫區有不同的標準公式。這樣,在溫度計上的刻度不一定是均勻的,但測出的溫度卻儘可能接近熱力學溫度。協定性溫標隨科學技術水平的提高不斷改進,以便縮小國際實用溫標與熱力學溫標之間的差距。例如更精確地測定標準溫度點的溫度;修正內插公式;改進基準溫度計等。

90國際溫標

代號為ITS—90(International Temperature Scale of 1990)
其要點如下:
①以熱力學溫標為基本溫標。
熱力學溫度以符號T表示,單位為開爾文,簡稱為開,符號K。
③1K的大小定義為水的三相點熱力學溫度的1/273.16。
④攝氏溫度(符號為t)規定由熱力學溫度導出,其定義為t=T-273.15。攝氏溫度的單位稱攝氏度,符號為°C,其大小與開爾文相同。
⑤劃分四個溫度段,指定各溫度段的基準溫度計:
Ⅰ、0.65 K—5.0 K。在此溫度段,基準溫度計為He蒸汽壓溫度計。
Ⅱ、3.0 K—24.5561 K(氖的三相點)。在此溫度段,基準溫度計為He定體氣體溫度計。
Ⅲ、13.8033 K(平衡氫的三相點)—1234.93 K(銀的凝固點)。在此溫度段,基準溫度計為鉑電阻溫度計。
Ⅳ、1234.94 K以上,根據普朗克輻射定律定義。
ITS—90定義了十七個標準溫度點列於下表。
物質狀態
溫度
T90/K
t90/℃
氦在一大氣壓下的沸點
3~5
-270.15~-268.15
平衡氫的三相點
13.8033
-259.3467
平衡氫在25/26標準大氣壓下的沸點
≈17
≈-256.15
平衡氫在一個標準大氣壓下的沸點
≈20.3
≈252.85
三相點
24.5561
-248.5939
氧三相點
54.3584
-218.7916
三相點
83.8058
-189.3442
三相點
234.3156
-38.8344
水三相點
273.16
0.01
熔點
302.9146
29.7646
銦凝固點
429.7485
156.5985
錫凝固點
505.078
231.928
鋅凝固點
692.677
419.527
鋁凝固點
933.473
660.323
銀凝固點
1234.93
961.78
金凝固點
1337.33
1064.18
銅凝固點
1357.77
1084.62

測量

接觸式測溫法

溫度測量儀器溫度測量儀器
接觸式測溫法的特點是測溫元件直接與被測對象接觸,兩者之間進行充分的熱交換,最後達到熱平衡,這時感溫元件的某一物理參數的量值就代表了被測對象的溫度值。這種方法優點是直觀可靠,缺點是感溫元件影響被測溫度場的分布,接觸不良等都會帶來測量誤差,另外溫度太高和腐蝕性介質對感溫元件的性能和壽命會產生不利影響

非接觸式測溫法

非接觸式測溫法的特點是感溫元件不與被測對象相接觸,而是通過輻射進行熱交換,故可以避免接觸式測溫法的缺點,具有較高的測溫上限。此外,非接觸式測溫法熱慣性小,可達1/1000S,故便於測量運動物體的溫度和快速變化的溫度。由於受物體的發射率、被測對象到儀表之間的距離以及煙塵、水汽等其他的介質的影響,這種方法一般測溫誤差較大。

其他測量方法

依據溫度對人體的影響不同可以再分為以下測量指標。
幹球溫度
幹球溫度是中國現行的評價礦井氣候條件的指標之一。特點:在一定程度上直接反映出礦井氣候條件的好壞。指標比較簡單,使用方便。但這個指標只反映了氣溫對礦井氣候條件的影響,而沒有反映出氣候條件對人體熱平衡的綜合作用。
濕球溫度
濕球溫度這個指標可以反映空氣溫度和相對濕度對人體熱平衡的影響,比干球溫度要合理些。但這個指標仍沒有反映風速對人體熱平衡的影響。
等效溫度
等效溫度定義為濕空氣的焓與比熱的比值。它是一個以能量為基礎來評價礦井氣候條件的指標。
同感溫度
這個指標是通過實驗,憑受試者對環境的感覺而得出的同感溫度計算圖。
卡他度
卡他度用卡他計測定。特點:反映了氣溫和風速對氣候條件的影響,但沒有反映空氣濕度的影響。為了測出溫度、濕度和風速三者的綜合作用效果。

熱力學第零定律

如果兩個熱力學系統中的每一個都與第三個熱力學系統處於熱平衡(溫度相同),則它們彼此也必定處於熱平衡。這一結論稱作“熱力學第零定律”。熱力學第零定律的重要性在於它給出了溫度的定義和溫度的測量方法。定律中所說的熱力學系統是指由大量分子、原子組成的物體或物體系。它為建立溫度概念提供了實驗基礎。
溫度(物理量)
這個定律反映出處在同一熱平衡狀態的所有的熱力學系統都具有一個共同的巨觀特徵,這一特徵是由這些互為熱平衡系統的狀態所決定的一個數值相等的狀態函式,這個狀態函式被定義為溫度。而溫度相等是熱平衡之必要的條件。

影響

對自然環境的影響

地球人類對大氣的無節制排放所引起的地球整體升溫,厄爾尼諾現象地球溫室效應,同時也影響著整個地球的生態平衡與人類的和諧發展。

對物理性質的影響

溫度(°C)
音速(m/s)
空氣密度(kg/m3)
聲阻抗(s/m3)
-10
324.9
1.341
436.5
-5
328.0
1.316
432.4
0
331.0
1.293
428.3
5
334.0
1.269
424.5
10
337.0
1.247
420.7
15
340.0
1.225
417.0
20
342.9
1.204
413.5
25
345.8
1.184
410.0
30
348.7
1.164
406.6

對人體的影響

生理學家研究認為,30℃左右是人體感覺最佳的環境溫度,也是最接近人皮膚的溫度。
高溫高溫
33℃——汗腺開始啟動 在這種溫度下工作2-3小時,人體“空調”——汗腺就開始啟動,通過微微出汗散發蓄積的體溫。
35℃——散熱機能立即反應 此時,淺靜脈擴張,皮膚冒汗,心跳加快,血液循環加速。對個別年老體弱散熱不良者,需要配合局部降溫,或啟動室內空調降低人體溫度。
36℃——一級警報 在這個溫度中,人體通過蒸發汗水散發熱量進行“自我冷卻”,每天要排出汗液和鈉、維生素及其他礦物質,血容量也隨之減少。此時,要及時補充含鹽、維生素及礦物質的飲料,以防體內電解質紊亂,同時還應啟動其他降溫措施。
38℃——二級警報 氣溫升至38℃,人體汗腺排汗已難以確保正常體溫,不僅肺部急促“喘氣”以呼出熱量,就連心臟也要加快速度,輸出比平時多60%的血液至體表,參與散熱。這時,降溫措施、心臟藥物保健及治療均不可有絲毫的鬆懈。
39℃——三級警報 汗腺疲於奔命地工作,此時容易出現心臟病猝發之危險。
40℃——四級警報 高溫已令人頭昏眼花,此時人必須立即到陰涼地方或藉助冰塊等降溫,有不適者需馬上送醫院治療。
41℃——五級警報 人體排汗、呼吸、血液循環……一切能參與降溫的器官,在開足馬力後已接近強弩之末,此時對體弱多病的患者和老年人來說,是一個“休克溫度”,一定要特別小心。
42℃——六級警報 人體已經無法呼吸,應使用冰塊降溫,不降溫的話,會使人死亡。

極端溫度

奇異現象

非金屬材料在低溫下也能表現出磁性,這種磁體適用於製造新型計算機存儲設備絕緣設備等。但這類材料在溫度超過一定限度時就會失去磁性。臨界溫度最高的非金屬磁體在-230℃左右,即使施加高壓也僅能提高到-208℃。
低溫世界就像魔術師,各種物質出現奇妙變化。空氣在-190℃時會變成淺藍色液體,如果把雞蛋放進去,它會產生淺藍色的螢光,摔在地上會像皮球一樣彈起來;鮮艷的花朵放進去,會變成玻璃一樣光閃閃,輕輕一敲發出“叮噹”響,重敲竟破碎了,從魚缸撈出一條金魚頭朝下放進液體中,金魚再取出來就變得硬邦邦,晶瑩透明,仿佛水晶玻璃製成的“工藝品”,再將這“玻璃金魚”放回魚缸的水中,奇怪的是金魚竟然復活了,又擺動著輕紗一般的尾巴遊了起來。

特殊溫度

-170℃:生命存活的低溫極限這樣的溫度已有最簡單的微生物能夠生存了。觀察表明,大腸桿菌、傷寒桿菌和化膿性葡萄球菌均能在-170℃下生存。
-140℃:液氮低溫加工橡膠品
橡膠製品是很難降解的高分子彈性材料,將它粉碎到具有廣泛用途的精細膠粉十分困難。國際上利用廢輪胎工業化生產精細膠粉的方法主要採用液氮低溫冷凍法,即將橡膠在-130℃到-140℃的溫度下冷凍成玻璃化狀態再加以粉碎,就能輕易獲得優良的精細膠粉。
-117℃:酒精溫度計
溫度(物理量)
溫度計中紅色的液體是酒精,酒精在-117℃才會凝結。因而在地球上溫度最低的南極洲,酒精溫度計也能用。當然溫度低於-117℃時,酒精溫度計也派不上用場了。
-100℃:最冷的壓縮機
一個國外電腦玩家使用了超過4個壓縮機,自製了一套可以降溫到零下100℃的壓縮機系統,來給CPU處理器降溫!
-89.2℃:地球陸地最低溫
在南極的內陸,人們已經測到-89.2℃的低溫。
-80℃:SARS病毒仍可存活
SARS病毒的一個顯著特點是怕熱不怕冷,即使是在-80℃它還能至少生存4天,甚至多達21天,而在56℃下SARS病毒的生存時間不超過90分鐘。
-70℃:北極最低氣溫
北極地區年平均氣溫北極地區年平均氣溫在-15℃~-20℃之間,比南極年平均氣溫高25℃,冬季時(1月)極夜期為180天,最低氣溫在-70℃。低溫可預防某些疾病,生活在北極的愛斯基摩人是靠吃海豹肉和海豹油為主,當地人很少有心臟病、心血管、高血壓、關節炎等疾病。
-52.3℃:中國最冷氣溫
在中國有過低於-50℃的地區記錄不多。中國內蒙古自治區大興安嶺的矣渡河在1922年1月16日曾觀測到-50.1℃的溫度,是新中國成立前氣溫記錄中的最低值。
新中國成立後,新疆北部的一個氣象站在1960年1月20日以-50.7℃的低溫首次打破了紀錄,接著1月21日又以-51.5℃再創全國新紀錄。中國最北的氣象站——黑龍江省漠河氣象站1968年12月27日清晨測得了-50.9℃,而在1969年2月13日漠河終於誕生了中國現有氣象資料中的極端最低氣溫記錄:-52.3℃。
世界上最不怕冷的花,是出產在中國的雪蓮,即使-50℃,也鮮花盛開。
0℃:水的冰點
地球表面的70%是被水覆蓋著的,約有14億千立方米的水量,其中有96.5%是海水,剩下的雖是淡水,但其中一半以上是冰。所以說地球是一個水的星球,正是這樣的星球才能孕育出生命,所以“水”是生命之源。有了生命就有生機活力,世界才會更精彩。
既然水能結成冰,水也能變成氣體擴散在空氣中。當水在0℃時結成冰,就會失去流動性,不再是液體。所以有0℃是“水的冰點”之稱。
10℃:涼爽宜人的赤道
在南美洲的厄瓜多國的首都基多城裡,赤道線恰好通過該城。不少人認為通過赤道的城市一定很熱。但事實並非如此,這裡不論春、夏、秋、冬,一年中月平均氣溫都在10℃左右,年平均溫差只有4℃。是一個四季如春、涼爽宜人的赤道城。
20℃:雙孢蘑菇菌絲生長溫度
雙孢蘑菇菌絲可在5℃~33℃生長,適宜生長溫度20℃~25℃,最適宜生長溫度22℃~24℃,高溫致死溫度為34℃~35℃。
30℃:蚊子適宜生存的溫度
蚊子最喜歡的溫度是30℃左右,太高了也受不了。秋天氣候變冷溫度降到10℃以下時,它們就會停止繁殖,不食不動進入冬眠,直到第二年春天激醒後又出來。
40℃:人體自身的溫度極限
人屬於恆溫動物,一般說來不會超出35℃~42℃的範圍,41℃時人體器官肝、腎、腦將發生功能障礙,連續幾天42℃的高燒,足以致使成年人喪命。
50~60℃:地球現最熱溫度
由於沙漠地區的雲量少,日照強,又缺乏植被覆蓋,空氣濕度小,因此白天氣溫上升極快,大部分時間都在30℃以上,中午最熱的時候,溫度能上升到50℃以上。在北非曾有高達58℃的記錄(1922年9月13日的利比亞)。
70℃:人類味覺最宜的溫度
生理和心理學家的研究表明,人們食用食品時所獲得的多種多樣的味道感覺,實質上是由於味道和嗅覺協同作用的結果。一些可以熱喝的飲料,如咖啡,其溫度在70℃時才味美可口,熱牛奶、熱菜和麵包的溫度在70℃左右最為好喝。有些油炸類食品,比如油炸蝦,溫度應保持在70℃左右,雖然吃起來還有些燙,但這時的味道最美。
100℃:水的沸點
在一個大氣壓下,當水開時,它的溫度是100℃而且只能保持100℃。但是人們在海拔8000多米的珠穆朗瑪峰上煮雞蛋時開水最高只有80℃,那是因為在8000多米高的地方氣壓低了,所以水的沸點只有也降低了。
200℃:地下熱岩發電
英國從1987年開始進行岩漿發電實驗。在英國一個溫度最高的熱岩地帶,其在6000米深處的熱岩可以把水加熱到200℃,然後將200℃水的熱能再轉為電能。
這種太陽灶是利用拋物面形的反射鏡聚光獲得較高溫度,直徑一般為1—2米。由於能量集中,因而熱效率較高,可獲得500℃的高溫。這種聚光式太陽灶在中國農村的一些家庭中,用來做飯、炒菜、煮飼料、燒水。
700℃:菸頭、蚊香的溫度
菸頭的表面溫度雖然只有250℃~300℃,菸頭的中心溫度一般在700℃~800℃左右,蚊香的燃燒溫度也達700℃。
800℃:火山熔岩溫度
在火山爆發時,總會噴出大量紅色的火山熔岩。剛噴出時一般是液體狀態,通常溫度在800℃—1000℃左右,火山熔岩在流淌的過程中,不斷向大氣和大地表面散熱,產生大量的煙霧。所以火山熔岩在冷卻時凝固都是由外向里進行的。
1000℃:鑽石的形成
常言道:“鑽石是女士的最佳良伴”。有趣的是:鑽石原來只是純碳,而碳是僅次於氫、氦和氧的宇宙間第四種最常見的化學元素。因此,鑽石的罕有並不源自其化學元素成分,而是在於它形成的方法和地點。地球上的鑽石相信是在100至300公里深;溫度接近1000℃的地底形成,其後因火山爆發而帶至地面。單以化學成分來看,鑽石和用來製造鉛筆芯的石墨,其實是近親。如果你把鑽石放入高溫火爐;那么最終只會化為普通的石墨。
3000℃:玻璃碳
玻璃碳是一種類似玻璃的碳,它兼有玻璃及碳素材料的雙重性能。這種物質如果在真空或非氧化性氣氛下的工作溫度可達3000℃,而且耐熱震性能好,可以作為熔煉高純物質的坩堝,半導體外延爐感應加熱板等,在科學上套用很廣泛。
7000℃:地熱能
地熱能是由地殼抽取的天然熱能、這種能量來自地球內部的熔岩,並以熱力形式存在,是引致火山爆發及地震的能量。地球內部的溫度高達7000℃。
9000℃:水稻的積溫
積溫是某一時段內逐日平均氣溫之和。中國雲南西南部、廣東、福建、海南和台灣等省全年積溫都是在8000℃以上,而最南端的海南樂東縣鶯歌海至三亞沿海一帶、西沙永興島的全年積溫更達9000℃,熱量資源極為豐富,適宜水稻等喜溫作物生長。這些地區的水稻生長普遍兩季乃至三季。
510000000℃:人類創造的最高溫度
人類所能產生的最高溫是510000000℃約比太陽的中心熱30倍,該溫度是美國新澤西的普林斯頓等離子物理實驗室中的托卡馬克核聚變反應堆利用氘和氚的等離子混合體於1994年5月27日創造出來的。
1.416833×10^32℃:普朗克溫度
普朗克溫度是溫度的基礎上限;現代科學認為推測任何東西比這更熱是毫無意義的。據現時的物理宇宙學,這是宇宙大爆炸第一個瞬間的溫度。

最佳溫度

經過科學家的驗證,最佳生活溫度如下:
陽光浴的溫度為15-30℃;
居室溫度保持在20-25℃;
洗澡水的溫度為37-44℃;
洗腳水的溫度為38-43℃;
冷水浴的溫度為18-20℃;
飯菜的溫度30-42;
飲水時的溫度為30-40℃;
泡茶的溫度為70-80℃;
麵包的溫度為75-99.974℃;
衣服的溫度為36-60℃;
衣服的溫度必須比體溫高;
穿衣保持最佳舒適感時,則皮膚的平均溫度為33℃。

外層空間

宇宙溫度

-270.15℃:宇宙微波背景輻射
宇宙微波背景輻射是“宇宙大爆炸”所遺留下的布滿整個宇宙空間的熱輻射,反映的是宇宙年齡在只有38萬年時的狀況,其值為接近絕對零度的3K。
-260℃:星際塵埃溫度
在寒冷的宇宙空間,星際塵埃的溫度可低達-260℃。
-250℃:低溫火箭發動機
印度空間研究組織試驗成功了一種低溫火箭發動機,該發動機的燃料溫度為-250℃。在其帶動下,發動機衝壓渦輪的最高速度達到4萬轉每分鐘,標誌著印度空間研究水平跨越了一個具有重要意義的里程碑。
4000℃:太陽黑子中心溫度
大家都知道太陽黑子,太陽黑子出現比較多的情況下,會產生地磁暴給人們工作帶來很多不方便。例如:航海的船舶迷失方向,通信信號連線不上。那么太陽黑子其實並不黑,它們中心的溫度在4000℃以上。亮度仍可與上下弦時半個月亮的光相比。只不過在明亮的光球反襯下就顯得很黑。
5000℃:日珥基本溫度
日珥主要突出日兩邊緣的一種太陽活動現象。它們比太陽圓面暗弱得多,在一般情況下被日暈淹沒,不能直接看到,只有在日全食時通過望遠鏡才能看到。日珥的溫度在5000—8000℃之間,一般可以擴散到幾十萬公里、形狀千奇百怪。有的日珥能長期存在。奇怪的是日珥和日冕的溫度、密度相差800倍,何以能長期共存,科學家們正在研究。
1000000℃:日冕溫度
太陽日冕的溫度高達100萬℃。俄羅斯科學院聖彼堡技術物理大學成功地研製出一種溫度計,可以快速測量熱核反應堆電漿溫度。科研人員在該溫度計中使用了特殊結構的雷射光源,從而在瞬間就能測量出溫度高達1000000℃的電漿的溫度。
15000000℃:太陽的中心溫度
太陽表面溫度為6000℃,但是,太陽內部的核聚變需要極高的溫度,足以使任何物體沸騰!!!而電漿的溫度更高……

星體溫度

-160℃:水星夜間溫度
離太陽最近的水星,它和太陽的平均距離為5790萬公里,是太陽最近的行星。它表面溫差最大,因為沒有大氣的調節,向陽面的溫度最高時可達430℃,但背陽面的夜間溫度可降至-160℃,晝夜溫度差近600℃,這可是一個處於火和冰間的世界。溫度變化如此巨大,水星上是不可能有生命的。
-120℃金星最低溫度
金星日夜溫差最大,金星白天溫度可達480℃;夜晚最低溫度可達—120℃,因此,日夜溫差可達600度左右。
-60℃:火星的溫度
在遠離地球的火星上,平均溫度是-60℃。
-150℃:木星表面溫度
木星是太陽系中的第五個行星,木星為太陽系最大的行星,其內部可以放入1300個地球,密度較低,其重量僅為地球的317倍。木星的成分絕大部分是氫和氦。木星離太陽較遠,表面溫度達-150℃;木星內部散放出來的熱是它從太陽接受熱的兩倍以上。
-240℃:冥王星最低溫度
從冥王星上看太陽,太陽只是一個閃亮的光點,它從太陽上所接受到的光和熱,只有地球從太陽得到的幾萬分之一,因此,冥王星上是一個十分陰冷黑暗世界。最高溫度是-210℃,最低溫度是-240℃。除冥王星以外海王星也可達到-240℃。
科學家1898年在實驗室第一次得到了-240℃的低溫,這時,氫氣變成了液氫。
-220℃:天王星溫度
天王星自轉一次的“天王星日”約為17小時14分,因為有快速的自轉而和木星一樣地呈現東西向的明顯條紋。因為距離太陽遙遠,天王星大氣層雲上端溫度約在—220℃,表面顯淡藍色。
-210℃:鯨魚座τ的塵埃盤
鯨魚座τ是除了太陽以外離地球最近的類太陽恆星,距離太陽僅約12光年,亮度約3.5等,以肉眼就可以看到。它周遭有塵埃與彗星組成的塵埃盤,這個塵埃盤的直徑比太陽系稍大一些,溫度僅—210℃左右,可能是因為小行星和彗星彼此碰撞的碎片所形成。
-200℃:土衛六星表面溫度
到2012年為止,人類尚未發現有任何地外生命存活的跡象。但卡西尼號正在探索的土衛六可能是一個生命起源的實驗室。
由於表面溫度為-200℃,土衛六不是一個能產生生命的地方,但是它的濃密的大氣層中含有許多碳氫化合物。它們通過太陽的紫外光可產生化學反應。光化學反應能產生有機分子,這些碳基化合物是產生生命的第一步。但是土衛六太冷了,以至於無法邁出下一步。它就像是一個深度凍結了的地球。在50億年後,它將會得到產生生命所需要的熱量,因為那時太陽將膨脹成一個熊熊發光的紅巨星。只是那時由於太陽已進入生命的暮年,生命大約已經來不及產生了。
6000℃:太陽表面溫度
太陽的表面溫度達到6000℃。太陽大氣中有90多種化學元素,其氫的含量最多,約占太陽質量的71%,氦約占27%,其他元素約占2%,包括鈉、鈣、鐵、氧等。正因為這些化學元素每天都在製造核爆炸,放出大量的光和熱,給人們生活帶來生機。但太陽的能量是有限的,終有一天能量用完後,太陽也就消失了。
一個質量為月球質量的1/1000的微型黑洞,溫度約為6000℃,與太陽表面溫度相當。
8000℃:牛郎星表面溫度
在中國古代傳說當中的牛郎星,在夜裡人們觀看到時它像一塊寶石一樣閃閃發亮。其實它的表面溫度比太陽表面還要高2000℃,也就是8000℃。
10000℃:織女溫度
在夜裡人們能觀看到和牛郎星相伴的織女星,其溫度有10000℃。
100000℃:星雲溫度
在星際當中物質分布是不均勻的,有的地方雲氣體和塵埃比較密集,形成各種各樣的雲霧天體。這些雲霧狀的天體就叫星雲。環狀星雲是一顆很有名的行星狀星雲,它的中心星是一個接近演化終點的白矮星,溫度有100000℃,密度也非常高。
10000000℃:中子星表面
質量和太陽相當的中子星,表面溫度約為1000萬℃。核聚變的發生必須具備1000萬攝氏度以上甚至幾億攝氏度的高溫。

絕對溫度

絕對溫標

建立在卡諾循環基礎上的理想而科學的溫標,將水的冰點(0℃)取為273.15K(K稱開爾文,絕對溫標的單位),絕對溫標的分度與攝氏溫標相同。
溫度(物理量)

絕對零度

絕對零度,即絕對溫標的開始,是溫度的最低極限,相當於-273.15℃,當達到這一溫度時所有的原子和分子熱運動都將停止。熱力學第三定律指出,絕對零度不可能通過有限的降溫過程達到,所以說絕對零度是一個只能逼近而不能達到的最低溫度。
人類在1926年得到了0.71°K的低溫,1933年得到了0.27°K的低溫,1957年創造了0.00002°K的超低溫紀錄。利用原子核絕熱去磁方法,人們已經得到了距絕對零度只差三千萬分之一度的低溫,但仍不可能得到絕對零度。
如果真的有絕對零度,那么能不能檢測到呢?有沒有一種測量溫度的儀器可以測到絕對零度而不會干擾受測的系統(受測的系統如果受到干擾原子就會運動,從而就不是絕對零度了)?確實,絕對零度無法測量,是依靠理論計算定義的。研究發現,當溫度降低時,分子的平動就會變慢,那么根據實驗數據外推得出,當降到某一溫度時,分子的平動能為零,於是就給出了絕對零度的定義。
雖然說,溫度存在著理論下限——絕對零度,但是這並不意味著物質在絕對零度的溫度狀態下一切運動都停止了。從統計熱力學的角度看,物質的微觀運動大體上可以分為分子平動、分子轉動、分子振動、電子運動和核運動等幾類。在絕對零度下,描述分子整體平移的分子平動、描述分子繞質心旋轉的分子轉動確實已經消失,但是分子振動、電子運動和核運動存在最低量子態,是不能被溫度凍結的,所以說,客觀世界的靜止是相對的,運動是絕對的。

絕對最高溫度

粒子的能量是通過運動來表現的,絕對零度的意義,就是物體內所有原子都靜止,不再有任何熱運動
那么,粒子運動速度越快能量越高,巨觀物質的溫度也越高,粒子本身是沒有溫度的只能通過能量來表現其溫度,所以,在一定壓力下,每個粒子的運動速度都接近光速,能量也趨於無限大那就是溫度的極限,也就是絕對的最高溫度。
相對論重離子對撞機具有一個2.4英里長的環形隧道,兩束對撞粒子分別朝兩個方向運行,由裝置上的線圈進行加速,科學家們在環形隧道上設定了六個點位,粒子對撞可以在這些地方發生。當金原子核發生正面對撞時,炙熱、密度極高的等離子夸克和膠子便可以形成,或者更準確地說是近似於流體的物質。
根據金氏世界紀錄的工作人員確認,布魯克海文國家實驗室的相對論重離子對撞機產生的高溫達到了4萬億攝氏度,比太陽核心溫度還高25萬倍。物理學家們現在已經可以觀察到在宇宙大爆炸短暫時間內出現的“接近完美液體”的物質形態。根據布魯克黑文實驗室的物理學家史蒂夫·維格(Steve Vigdor)介紹:“絕對零度比夸克膠子電漿要低了非常多個數量級,我們很意外地發現相對論重離子對撞機與其他科學前沿之間的聯繫,物理學的統一是一個非常美麗的事件。”
與此同時,位於歐洲核子研究中心(CERN)內還有一台被稱為大型離子對撞機實驗(ALICE)的研究項目,它是大型強子對撞機的五個探測器實驗之一,其目的也是研究夸克膠子電漿(QGP)以及原始宇宙中的其他空間環境條件。與大型強子對撞機不同的是,比如ATLAS探測器、緊湊渺子線圈(CMS)探測器的研究重點是尋找希格斯玻色子。因此,大型離子對撞機實驗與相對論重離子對撞機之間產生了相當激烈的競爭。
大型離子對撞機實驗創造出如此超高的溫度,也可以說明該超級機器的工作狀況良好。歐洲核子研究中心的物理學家德斯皮納(Despina Hatzifotiadou)認為大型離子對撞機實驗的能量密度是大型離子對撞機的三倍,可為超級機器中的絕對溫度轉化提升30%,因此大型離子對撞機也擁有較強的對撞研究能力。的科學家還未發布正式的溫度測量結果,所以至少到2013年為止,相對論重離子對撞機仍然是獲勝的。

相關詞條

熱門詞條

聯絡我們