经验温标和热力学温度

出处：按学科分类—工业技术 企业管理出版社《计量专业工程师手册》第161页（2062字）

为了定量地描述温度，还必须建立温度的数值概念。温标就是温度的数值表示法。

定量地表示温度示值，就是要找到一个变量，该变量是温度的单值函数。例如：玻璃液体温度计是以液柱的长度作为变量，温度升高时，液面上升。在述及热力学温度之前，还需简单地叙述一下经验温标。经验温标是指温度与被测变量的关系式是根据人们的经验决定的。用线性关系表示变量y与温度θ的函数关系，即：

y=αθ+c (4．2－2)

式中：α，c是常数。为确定α，c需要选择两个固定点，不同的固定点值，不同的测温物质，得到不同的经验温标。

摄氏温标和华氏温标都是经验温标，其缺陷是示值与所选的测温介质有关。

热力学温标是以热力学第二定律为基础的温标。根据卡诺定理的推论可知：工作于两个恒定热源之间的一切可逆卡诺热机的效率η与工作物质无关，只与两个热源的温度有关。这样定义的温标称为热力学温标或开尔文温标。如一个可逆热机在温度θ₁和θ₂之间做卡诺循环，在高温θ₁处吸热为Q₁，在低温θ₂处放热为Q₂，Q₁与Q₂之比正比于每个温度的函数之比。

式中：Φ(θ₁)是θ₁的函数，Φ(θ₂)是θ₂的相同函数。1848年开尔文(Kelvin)提出，用此公式可定义任何两个温度之比。温度值取决于函数Φ(θ)的形式，它采取最简单的函数形式来定义温度，此温度称为热力学温度，其关系式为：

热力学温度比由可逆热机的性质决定，与工作物质无关。因此，热力学温度与经验温标有本质的区别。

只有温度比还不能构成温度的定量表示，因此，热力学温度必须有一个固定点，并赋予一个具体的数值。世界各国均选定水的三相点为固定点，其数值为273．16K。1960年国际计量大会规定温度单位是开尔文。开尔文定义为水的三相点热力这温度的1／273．16。水三相点是热力学温度的唯一定义固定点。

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