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物理学史2.4 W.汤姆生提出绝对温标

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2.4 W.汤姆生提出绝对温标
W.汤姆生生于爱尔兰，早年曾在著名法国实验物理学家勒尼奥
（H.V.Regnault，1810—1878）的实验室里工作过。在法国，W.汤姆生第一次读
到了克拉珀龙（B.P.E.Clapeyron，1799—1864）阐述卡诺热动力理论的文章，
对卡诺理论的威力留有深刻的印象。首先引起汤姆生注意的，是可以通过卡诺的
热机确定温度，因为卡诺机与工作物质无关，这样定出的温标比根据气体定律建
立的温标有许多优越的地方。1848年，汤姆生在题为：《基于卡诺的热动力理
论和由勒尼奥观测结果计算所得的一种温标》的论文中写道①：“按照卡诺所建
立的热和动力之间的关系，热量和温度间隔是计算从热获得机械效果的表达中唯
一需要的要素，既然我们已经有了独立测量热量的一个确定体系，我们就能够测
量温度间隔，据此对绝对温度差作出估计。”

W.汤姆生还对这样的温标作了如下说明：“所有度数都有相同的值，即物体
A在温度T，有一单位热由物体A传到温度为（T—1）的物体B，不论T值多大，
都会给出同样大小的机械效果。这个温标应正确地称为绝对温标，因为它的特性
与任何特殊物质的物理性质是完全无关的。”

W.汤姆生的这一思想早在克拉珀龙的文章中就已奠定了基础。克拉珀龙在
1834年发表的《论热的动力》一文中，首先用数学形式表达卡诺循环中功与热
的关系。取一无穷小的卡诺循环abed如图2－5。气体经过循环，从高温传到低
温的热量可表为

再计算温差为dt的卡诺循环abcd所作的功dw。ab，cd为等温过程，bc、
da两条曲线为绝热过程。因为变化是无穷小，可以认为循环

（2—2）、（2－1）两式相除得：
这就是“单位热量从温度为t的物体传到温度为t—dt的物体所能得到的最
大效果。”


克拉珀龙认为：“已经确定，这一功量与传递热量的工作物质无关，所以对
所有气体都是相同的，也与物体的质量没有关系，但没有证据表示它与温度无关，
所以

一定等于一个对所有气体都相同的温度的函数。”他以C表示这个函数，令
于是得
1849年，W.汤姆生在《卡诺的热动力理论的说明及由勒尼奥蒸汽实验推算
的数据结果》一文中，进一步研究了这一函数，不过他采用的符号与克拉珀龙有
所不同，用相当于1/C的量μ表示功与热量的关系，
其中E为气体的膨胀系数。p0，V0为初始状态的压强和体积。他称μ为卡诺
系数。

W.汤姆生还在文中列出了根据勒尼奥的蒸汽实验数据计算出的从0℃到
230℃各个不同温度下的μ值，证明确是相差无几的常数。于是就进一步利用μ
表示卡诺循环的功和热。

将（2－3）式写成：

气体体积由V压缩至V′，积分得：
另一方面体积从V→V+dV所作的功
同样的压缩过程求得积分
所以得出热功当量

由此得
1854年，W.汤姆生和焦耳联合发表了《运动中流体的热效应》一文，其中
专门有一节题为：《根据热的机械作用建立的绝对温标》，他们定义绝对温度为

T≡J/μ
可得：
如果取E=0.003665，则T=272.85＋t
考虑到密度随压强增大的效应，他们得到的修正结果为：
T＝273.3＋t
这就是绝对温标和摄氏温标的关系。
绝对温标的建立对热力学的发展有重要意义。汤姆生的建议很快就被人们接
受。1887年，绝对温标得到了国际公认。

① W.Thomson，Mathematical and Physical Papers，vol.1Cambridge，1882，p.104

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01.热力学第一定律

01.热力学第一定律


Leonardo da Vinci (1452-1519, Italy)
第一类永动机
螺旋汲水器 水槽
• 无能源供给 • 不消耗燃料和动力 • 作功
带
动
工
水轮
具
机
蓄水池
斯特尔（16世纪70年代,Italy)
浮力永动机
1775年，法国科学院宣布： 本科学院以后不再审查有关永动机的一切设计
宣告了第一种永动机的失败
物理化学
(Physical chemistry)
（No. 150300103)
（热力学第一定律）
何荣桓
第一节
热力学第一定律
(the first law of thermodynamics)
第一类永动机
（perpetual motion machine）
• 无能源供给 • 不消耗燃料和动力 • 作功
亨内考德魔轮（13世纪, 法国）
T2
∫ ΔU = T1 nC V ,mdT ∫T2
ΔH = T1 nC p,mdT
Note: 对理想气体， 因 U=ƒ(T), H= ƒ(T) ∴左下公式的使用不再局 限于恒容或恒压的限制:
定压摩尔热容 (pressure constant molar heat capacity)
定压摩尔热容 (Cp,m):
1 mol 物质在恒压, 非体积功为零的条件下,
仅因温度升高1K所需要的热.
C p ,m
=
∂Q p dT
= f (T)
∫T2
Q p = T 1 nC p ,m dT
∫T2
Δ p H = T 1 nC p ,m dT
(理想气体，恒温)
= −nRT ln V2 = −nRT ln p1
高中物理学史总结

高中物理学史总结

高中物理学史总结高中物理学史总结高中物理学史总结11．希腊人泰勒斯发现摩擦过的琥珀吸引轻小物体的现象。

P22．公元一世纪，我国东汉学者王充在《论衡》中写下“顿牟掇芥”一语，指的是用玳瑁的壳吸引轻小物体。

P2在《论衡》中描述的“司南”使人们公认最早的磁性定向工具。

P803．美国科学家富兰克林命名了正电荷和负电荷。

P24．电荷量e的数值最早是由美国物理学家密立根测得的。

P4、P375．法国学者库仑在前人工作基础上通过实验总结出库仑定律。

P66．英国物理学家，化学家法拉第提出：电荷的周围存在着有它产生的.电场，处在电场中的其它电荷受到电场给予的作用力。

P10用电场线和磁感线形象地描述电场和磁场。

P147．麦克斯韦预言了电磁波的存在，并且把光现象与电磁现象统一起来。

P148．范德格拉夫静电加速器。

P389．富兰克林发现莱顿瓶放电可使缝衣针磁化。

P8010．丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应。

P8111．安培发现，磁体对通电导线有作用力。

P8112．特斯拉，美国电气工程师，是交变电流进入实用领域的主要推动者。

P8413．法国学者安培提出了著名的分子电流假说。

P8714．洛伦兹，荷兰物理学家，主要贡献是他的电子论。

提出了著名的洛伦兹力公式。

P9515．美国物理学家E.H.霍尔观察到霍尔效应。

P103高中物理学史总结21．法拉第发现了电磁感应现象。

P3利用电磁感应的原理发明了人类历史上的.第一台发电机圆盘发电机。

P142．物理学家楞次总结出楞次定律。

P113．在法拉第、纽曼、韦伯等人工作的基础上，人们总结出法拉第电磁感应定律。

P154．英国物理学家麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发一种电场。

P195．麦克斯韦建立了完整的电磁理论同时预言了电磁波的存在，并且认为光是一种电磁波（赫兹通过实验证实电磁波的存在）。

高中物理学史总结31．德国天文学家开普勒，研究了丹麦天文学家第谷的行星观测记录。

发表了开普勒行星运动定律。

教科版高中物理选择性必修第三册第二章第3节温度和温标

教科版高中物理选择性必修第三册第二章第3节温度和温标

两个系统温度相同
处于热平衡的两个系统都处于平衡态
初中物理中，我们把温度看做物体冷热程度的标志，尽 管这运种认识比较肤浅，但它与我们这里对温度的定义是一致 的。设想两个冷热不同的物体相互接触后，过一段时间当它们 达到平衡时，两个物体不就是“冷热相同”吗!
A 800C
B 300C
A
B
3、温度
两个系统达到热平衡时，它们具有一个共同的热学性质，该 性质实际就是物体的冷热程度。我们就把表征这一“共同热学性 质”的物理量定义为温度。
定义：表征热平衡系统的“共同热学性质”的物理量。
一切达到热平衡的系统都具有相同的温度。
从宏观和微观两个角度理解温度的概念： （1）宏观上，表示物体的冷热程度。 （2）微观上，反映分子热运动的激烈程度，温度是物体内所有 分子热运动的平均动能的标志。
三、温度计与温标
1.温度计 温度计是测量温度的工具。 特注：温度计的热容量必须很小，与待测物体 接触时，几乎不改变待测物体状态。
其原因是( D )
A、它们的能量相同 B、它们的比热相同 C、它们的热量相同 D、它们的温度相同
3、（多选）下列说法正确的是
( BCD )
A、两个系统处于热平衡时，它们一定具有相同的热量 B、如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡，那么这两个系
统也必定处于热平衡
C、温度是决定两个系统是否达到热平衡状态的惟一物理量
2.5 = t + 273.15 t= -270.65oC
二、热平衡与温度
1、热平衡： 两个系统发生热传递，最后它们的状态参量不再变化，达到相 对稳定状态，也就说明他们已经具有了某种共同的性质，这时候我们就说它们 达到了热平衡状态。 ①平衡态指的是一个系统的状态。 ②热平衡指的是两个系统之间的关系。 ③先达到平衡态，才有热平衡。
高中物理学史知识汇总

高中物理学史知识汇总

高中物理学史知识汇总(新人教版)必修部分：（必修1、必修2）一、力学：1、1638年，意大利物理学家伽利略在《两种新科学的对话》中用科学推理论证重物体和轻物体下落一样快；并在比萨斜塔做了两个不同质量的小球下落的实验，证明了他的观点是正确的，推翻了古希腊学者亚里士多德的观点（即：质量大的小球下落快是错误的）；2、1654年，德国的马德堡市做了一个轰动一时的实验——马德堡半球实验；3、1687年，英国科学家牛顿在《自然哲学的数学原理》著作中提出了三条运动定律（即牛顿三大运动定律）。

4、17世纪，伽利略通过构思的理想实验指出：在水平面上运动的物体若没有摩擦，将保持这个速度一直运动下去；得出结论：力是改变物体运动的原因，推翻了亚里士多德的观点：力是维持物体运动的原因。

同时代的法国物理学家笛卡儿进一步指出：如果没有其它原因，运动物体将继续以同速度沿着一条直线运动，既不会停下来，也不会偏离原来的方向。

5、英国物理学家胡克对物理学的贡献：胡克定律；经典题目：胡克认为只有在一定的条件下，弹簧的弹力才与弹簧的形变量成正比（对）6、1638年，伽利略在《两种新科学的对话》一书中，运用观察－假设－数学推理的方法，详细研究了抛体运动。

17世纪，伽利略通过理想实验法指出：在水平面上运动的物体若没有摩擦，将保持这个速度一直运动下去；同时代的法国物理学家笛卡儿进一步指出：如果没有其它原因，运动物体将继续以同速度沿着一条直线运动，既不会停下来，也不会偏离原来的方向。

7、人们根据日常的观察和经验，提出“地心说”，古希腊科学家托勒密是代表；而波兰天文学家哥白尼提出了“日心说”，大胆反驳地心说。

8、17世纪，德国天文学家开普勒提出开普勒三大定律；9、牛顿于1687年正式发表万有引力定律；1798年英国物理学家卡文迪许利用扭秤实验装置比较准确地测出了引力常量；10、1846年，英国剑桥大学学生亚当斯和法国天文学家勒维烈（勒维耶）应用万有引力定律，计算并观测到海王星，1930年，美国天文学家汤苞用同样的计算方法发现冥王星。