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热力学经典的卡诺热机T（熱庫）、Q（熱量）、W（功）
H（高溫）、C（低溫）
分支
经典
统计
化学
量子热力学
平衡（英语：Equilibrium thermodynamics） / 非平衡
定律
第零
第一
第二
第三
系统
封閉系統
孤立系統
状态
状态方程
理想氣體
實際氣體
相 / 物质状态
平衡
控制體積
仪器（英语：Thermodynamic instruments）
过程
等压
等体
等温
绝热
等熵
等焓
准静态
多方
自由膨脹
可逆
不可逆
内可逆
循环
热机
热泵
热效率
系统性质
性质图
强度和广延性质
状态函数（斜体共軛物理量）
温度 / 熵
熵的简介（英语：Introduction to entropy）
压强 / 体积
化学势 / 粒子數
蒸氣量
简化性质
過程函數
功（英语：Work (thermodynamics)）
热
材料性质
比热容
c
=
{\displaystyle c=}
T
{\displaystyle T}
∂
S
{\displaystyle \partial S}
N
{\displaystyle N}
∂
T
{\displaystyle \partial T}
压缩性
β
=
−
{\displaystyle \beta =-}
1
{\displaystyle 1}
∂
V
{\displaystyle \partial V}
V
{\displaystyle V}
∂
p
{\displaystyle \partial p}
热膨胀
α
=
{\displaystyle \alpha =}
1
{\displaystyle 1}
∂
V
{\displaystyle \partial V}
V
{\displaystyle V}
∂
T
{\displaystyle \partial T}
性质数据库
方程
卡诺定理
克劳修斯定理
基本关系
理想气体定律
麦克斯韦关系
昂萨格倒易关系
布里奇曼热力学方程
热力学方程表
势
自由能
自由熵
内能
U
(
S
,
V
)
{\displaystyle U(S,V)}
焓
H
(
S
,
p
)
=
U
+
p
V
{\displaystyle H(S,p)=U+pV}
亥姆霍兹自由能
A
(
T
,
V
)
=
U
−
T
S
{\displaystyle A(T,V)=U-TS}
吉布斯能
G
(
T
,
p
)
=
H
−
T
S
{\displaystyle G(T,p)=H-TS}
历史／文化
哲学
熵与时间
熵与生活
布朗棘轮
麦克斯韦妖
热寂佯谬
洛施密特佯谬
协同学
历史
总史
热
熵
气体定律
永动机
理论
热质说
活力
热动说
热功当量
动力
关键著作
《论摩擦激起的热源》
《关于多相物质平衡》
《论火的动力（英语：Reflections on the Motive Power of Fire）》
年表
热力学
热机
科学家
昂萨格
伯努利
迪昂
亥姆霍兹
吉布斯
焦耳
卡拉西奥多里
卡诺
克拉佩龙
克劳修斯
兰金
冯·迈尔
麦克斯韦
斯米顿
斯塔尔
开尔文男爵汤姆森
伦福德伯爵汤普森
沃特斯顿
查论编
热力学温标，又称开尔文温标、绝对温标，简称开氏溫標，凱氏溫標，是一种标定、量化温度的方法。它对应的物理量是热力学温度，或称开氏度，符号为K，为国际单位制中的基本物理量之一；对应的单位是开尔文（英語：Kelvin），符号为K。热力学温标是由第一代开尔文男爵威廉·汤姆森于1848年利用热力学第二定律的推论卡诺定理引入的。它是一个纯理论上的温标，因为它与测温物质的属性无关。
热力学温度又被称为绝对温度，是热力学和统计物理中的重要参数之一。一般所说的绝对零度指的便是0K，对应-273.15°C或-459.67°F。
国际计量委员会建议采用玻尔兹曼常数来定义热力学温度单位开尔文（K）。2019年5月20日起，1开尔文被定义为“对应玻尔兹曼常数为
1.380649
×
10
−
23
J
⋅
K
−
1
{\displaystyle 1.380649\times 10^{-23}J\cdot K^{-1}}
的热力学温度”。[1]
历史定义[编辑]
热力学温标可以通过下列过程引入[2][3]：
假设一个卡诺热机在高温热源（温度
Θ
1
{\displaystyle \Theta _{1}}
）和低温热源（温度
Θ
2
{\displaystyle \Theta _{2}}
）之间工作，并且在高温热源吸收热量
Q
1
{\displaystyle Q_{1}}
，向低温热源放出热量
Q
2
{\displaystyle Q_{2}}
，其间向外界作功
W
{\displaystyle W}
。那么，可逆热机的效率
η
{\displaystyle \eta }
可以表示为：
η
12
=
|
W
|
|
Q
1
|
=
|
Q
1
|
−
|
Q
2
|
|
Q
1
|
=
1
−
|
Q
2
|
|
Q
1
|
{\displaystyle \eta _{12}={\frac {|W|}{|Q_{1}|}}={\frac {|Q_{1}|-|Q_{2}|}{|Q_{1}|}}=1-{\frac {|Q_{2}|}{|Q_{1}|}}}
卡诺定理指出，可逆循环的效率只与高温热源和低温热源的温度有关，而与工作物质（工质）或工作路径等其它因素无关。也就是说，
η
12
{\displaystyle \eta _{12}}
仅仅是温度
Θ
1
{\displaystyle \Theta _{1}}
和
Θ
2
{\displaystyle \Theta _{2}}
的函数。为了方便下面的推导，不妨设：
f
(
Θ
1
,
Θ
2
)
=
1
−
η
12
=
|
Q
2
|
|
Q
1
|
{\displaystyle f(\Theta _{1},\Theta _{2})=1-\eta _{12}={\frac {|Q_{2}|}{|Q_{1}|}}}
。
另外，对于任意三个温度
Θ
1
{\displaystyle \Theta _{1}}
、
Θ
2
{\displaystyle \Theta _{2}}
、
Θ
3
{\displaystyle \Theta _{3}}
的热源，考虑
1
→
3
→
2
{\displaystyle 1\rightarrow 3\rightarrow 2}
和
1
→
2
{\displaystyle 1\rightarrow 2}
两个可逆过程。不妨设两个过程中，热机都从1号热源吸收了相同的热量
Q
1
{\displaystyle Q_{1}}
。另外，把两个过程中，热机最终释放给2号热源的热量分别记为
Q
2
{\displaystyle Q_{2}}
和
Q
2
′
{\displaystyle Q'_{2}}
，把
1
→
3
{\displaystyle 1\rightarrow 3}
过程中，热机释放给3号热源的热量记为
Q
3
i
n
{\displaystyle Q_{3in}}
，把
3
→
2
{\displaystyle 3\rightarrow 2}
过程中，热机吸收自3号热源的热量记为
Q
3
o
u
t
{\displaystyle Q_{3out}}
。为了保证两个过程的可逆性，
必须有
Q
3
i
n
=
Q
3
o
u
t
≡
Q
3
{\displaystyle Q_{3in}=Q_{3out}\equiv Q_{3}}
。
必须有
Q
2
=
Q
2
′
{\displaystyle Q_{2}=Q'_{2}}
。
否则都将意味着热机运作过程中，有热量散失或有新的能量进入系统，这都违反了卡诺定理。
由此，容易证明：
f
(
Θ
1
,
Θ
2
)
=
|
Q
2
|
|
Q
1
|
=
|
Q
2
|
/
|
Q
3
|
|
Q
1
|
/
|
Q
3
|
=
f
(
Θ
3
,
Θ
2
)
f
(
Θ
3
,
Θ
1
)
≡
ψ
(
Θ
2
)
ψ
(
Θ
1
)
{\displaystyle f(\Theta _{1},\Theta _{2})={\frac {|Q_{2}|}{|Q_{1}|}}={\frac {|Q_{2}|/|Q_{3}|}{|Q_{1}|/|Q_{3}|}}={\frac {f(\Theta _{3},\Theta _{2})}{f(\Theta _{3},\Theta _{1})}}\equiv {\frac {\psi (\Theta _{2})}{\psi (\Theta _{1})}}}
（其中
ψ
(
Θ
)
{\displaystyle \psi (\Theta )}
为形式可选择的普适函数）
可以观察到，
ψ
(
Θ
)
=
Θ
{\displaystyle \psi (\Theta )=\Theta }
是可取的一种形式。即，
f
(
Θ
1
,
Θ
2
)
=
Θ
2
Θ
1
{\displaystyle f(\Theta _{1},\Theta _{2})={\frac {\Theta _{2}}{\Theta _{1}}}}
。
由于定义式只给出了两个温度的比值，仍需要一个标准点。1954年国际计量大会决定，取水的三相点（273.16K）作为标准点，作为热力学温标的定义。
通过推导过程，可以注意到：由于卡诺定理中，热量交换做功是与测温物质无关，所以通过上述方法取定的温标
Θ
{\displaystyle \Theta }
（热力学温标）也与测温物质无关。
与其他温标的关系[编辑]
主条目：温度单位换算
從克氏溫標換算至其他溫度單位
從其他溫度單位換算至克氏溫標
攝氏溫標
∘
C
=
K
−
273.15
{\displaystyle {}^{\circ }\!{\text{C}}={}{\text{K}}-273.15}
K
=
∘
C
+
273.15
{\displaystyle {\text{K}}={}^{\circ }\!{\text{C}}+273.15}
華氏溫標
∘
F
=
9
5
K
−
459.67
{\displaystyle {}^{\circ }\!{\text{F}}={\frac {9}{5}}{}{\text{K}}-459.67}
K
=
5
9
(
∘
F
+
459.67
)
{\displaystyle {}{\text{K}}={\frac {5}{9}}({}^{\circ }\!{\text{F}}+459.67)}
参考文献[编辑]
^ 溫度的單位：克耳文(K). 國家度量衡標準實驗室. [2015-10-16]. （原始内容存档于2021-04-17）.
^ 赵凯华; 罗蔚因. 《新概念物理教程 热学》第二版. 高等教育出版社. : 176. ISBN 9787040066777.
^ 秦允豪. 《普通物理学教程 热学》第三版. 高等教育出版社. 2011: 173–176. ISBN 978-7-04-030090-1.
参见[编辑]
开尔文
查论编溫度標準
攝氏
凱氏
華氏
蘭氏
列氏
羅氏
萊頓
牛頓
德利尔
普朗克
换算公式
查论编气象数据与参数常规
绝热过程
平流（英语：advection）
浮力
氣溫垂直遞減率
闪电
太陽幅照度（英语：Solar irridance）
地面天气图
能見度
涡量
風
风切
凝結
云
云凝结核
霧
對流凝結高度（英语：Convective condensation level）
上升凝結高度（英语：Lifted condensation level）
降水
水蒸气
大氣對流
對流有效位能
對流抑制指數
對流不穩定性（英语：Convective instability）
對流動量輸送（英语：Convective momentum transport）
條件對稱不穩定性（英语：Conditional symmetric instability）
對流溫度（英语：Convective temperature）
平衡高度
自由对流层（英语：Free convective layer）
流體動力學螺旋度（英语：Hydrodynamical helicity）#Meteorology
K 指數（英语：K-index (meteorology)）
自由對流高度
抬升指數（英语：Lifted index）
最大氣團高度（英语：Maximum parcel level）
整體理查遜數（英语：Bulk Richardson number）
温度
露点(Td)
露點降低（英语：Dew point depression）
乾球温度
相當溫度(Te)
森林火災天氣指數（英语：Forest fire weather index）
海恩斯指數（英语：Haines Index）
酷热指数
濕熱指數
湿度
相對濕度
混合比
位溫(θ)
相當位溫(θe)
海面温度
海洋溫度
溫度異常（英语：Temperature anomaly）
热力学温度
蒸氣壓
虛溫
湿球温度
暑熱壓力指數
濕球位溫（英语：Wet-bulb potential temperature）
風寒指數
压力
气压
斜压
正壓大氣
壓力梯度
壓強梯度力
速度
熱帶氣旋可能最高強度（英语：Maximum potential intensity）
查论编以人名命名的国际单位制单位基本单位
安德烈-馬里·安培（安培）
第一代开尔文男爵威廉·汤姆森 （开尔文）
导出单位
亨利·貝克勒（贝克勒尔）
安德斯·攝爾修斯（摄氏度）
夏尔·库仑（库仑）
麥可·法拉第（法拉）
路易斯·哈罗德·戈瑞 （戈瑞）
約瑟·亨利（亨利）
海因里希·赫兹（赫兹）
詹姆斯·普雷斯科特·焦耳（焦耳）
艾萨克·牛顿（牛顿）
格奥尔格·欧姆（歐姆）
布莱兹·帕斯卡（帕斯卡）
维尔纳·冯·西门子（西门子）
羅爾夫·馬克西米利安·希沃特（西弗）
尼古拉·特斯拉（特斯拉）
亞歷山德羅·伏打（伏特）
詹姆斯·瓦特（瓦特）
威廉·爱德华·韦伯（韦伯）
另见
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