在日常生活中,溫度用來表達(dá)物體冷熱程度的,冬天溫度低了大家就要加衣,,夏天溫度高了就會脫衣,,不管氣溫高低,都在影響著我們的生活,。 在我們地球上,,所有的生物對溫度都有一個適應(yīng)機(jī)制,,溫度如果過高或者過低都會對生物機(jī)體造成一定的影響。在北宋大文學(xué)家蘇軾詞中說“我欲乘風(fēng)歸去,,又恐瓊樓玉宇,,高處不勝寒,。” 從這句話中其實(shí)也可以間接的說明一種自然現(xiàn)象,,海拔越高的地方,,溫度越低,。 溫度的本質(zhì)是什么? 我們對溫度的理解也只是熱和冷這兩個概念,,但事實(shí)上溫度確實(shí)表示物體冷熱程度的一個物理量。關(guān)于溫度的極限這是一個有趣的問題,,要想了解這個問題,,就需要來認(rèn)識一下溫度的實(shí)質(zhì),。 在我們學(xué)習(xí)物理的時候,,課本里描述溫度是這樣的“溫度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(yùn)動的劇烈程度,?!?/p> 我們以水為例,,一杯熱水的熱量是來自于水分子的微觀運(yùn)動,,當(dāng)水漸漸冷卻的時候,,那么水里面每個水分子的平均運(yùn)動速度會越來越慢,,直到溫度降到0k,,也就是-273.15℃,分子才會停止熱運(yùn)動,。 當(dāng)然0k只能無限接近,無法達(dá)到,??偠灾疁囟鹊谋举|(zhì)就是分子的運(yùn)動,,分子運(yùn)動的越激烈,溫度就會越高,。 華氏溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo),。 在1724年是由德國人華倫海特制定的,他把冰的熔點(diǎn)溫度定為32 ℉,,把標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的沸點(diǎn)溫度定為212℉,,又在32℉~212℉之間平均分成了180份,,把每一等份認(rèn)為是1度,這就是華氏溫標(biāo),,符號F,單位是℉,, 是由1724年瑞典天文學(xué)家安德斯·攝爾修斯提出,,一個大氣壓下的冰水混合物的溫度為0 ℃,,水的沸點(diǎn)為100℃ ,把0~100℃之間平均劃分為了100份,,每份代表為1℃,。攝氏溫標(biāo)用符號C表示,,用℃表示單位,。 熱力學(xué)溫標(biāo),。 到了1848年,威廉·湯姆森利用熱力學(xué)第二定律的推論卡諾定理引入熱力學(xué)溫標(biāo),。熱力學(xué)溫標(biāo)又稱開爾文溫標(biāo),、絕對溫標(biāo),,簡稱開氏溫標(biāo),,是國際單位制中的溫度單位,,K氏溫標(biāo)用符號T表示,K表示其單位,。 我們平時所說的絕對零度指得就是指熱力學(xué)溫標(biāo)——0K,換算為攝氏溫度也就是-273.15℃,,是粒子動能低到量子力學(xué)最低點(diǎn)時物質(zhì)的溫度,。 目前宇宙最高溫是多少,? 太陽一秒鐘所釋放出來的能量就足夠全人類使用25萬年的了,而太陽的表面溫度約為5700℃左右,,這個溫度超過了目前已知的熔點(diǎn)最高的金屬,,這樣看來5700℃確實(shí)很高,但是宇宙最高溫可是1.42億億億億度,,還被稱為普朗克溫度,。 目前量子力學(xué)給出的溫度上限就是普朗克溫度——絕對熱度,只有宇宙大爆炸的那一刻才達(dá)到過這個溫度,。 普朗克溫度怎么來的呢,? 在138億年前一個叫“奇點(diǎn)”的神奇物質(zhì)在一瞬間發(fā)現(xiàn)大爆炸,,于是我們的宇宙就誕生了,而溫度的實(shí)質(zhì)是粒子運(yùn)動,,粒子又是宇宙大爆炸產(chǎn)生的。 在宇宙大爆炸那一瞬間溫度極高,,后來當(dāng)溫度降下來時,,能量便凝聚成了我們現(xiàn)在的基本粒子,之后又形成了原子,、分子等等,最后便有了我們現(xiàn)今的宇宙,。 粒子振動得越來越厲害,溫度就會越來越高,,而在宇宙大爆炸的初始時刻,,肯定粒子所能達(dá)到的就是最高溫度,也就是宇宙大爆炸那一刻的溫度,,超過那一刻就進(jìn)入了量子引力的范圍,而且現(xiàn)代物理學(xué)將在這一刻失效,,因此這時候所達(dá)到的溫度就是宇宙最高溫。 為什么達(dá)不到絕對零度呢,? 絕對溫度定義為所有原子運(yùn)動停止的點(diǎn),,為了達(dá)到真正的絕對零度,不僅原子運(yùn)動必須停止,,而且所有原子的內(nèi)部組件也需要停止,那么電子需要停止繞原子核運(yùn)動,,原子核中的中子和質(zhì)子也將停止相互作用,,其內(nèi)力,,夸克等等也都必須停止所有活動。 但由于量子力學(xué)效應(yīng),這是根本不可能的達(dá)到的,。由于我們空間中的能量交換每時每刻都在進(jìn)行,,這只是一種理想情況,,因此絕對零度只能無限接近,,不可能達(dá)到。 目前使用激光冷卻和磁蒸發(fā)冷卻技術(shù)已經(jīng)可以非常接近絕對零度了,,在激光冷卻中利用快速移動讓原子與光子相撞,,直到它們減慢到開爾文的1 / 10,000度。 總結(jié),。 溫度主要是取決于內(nèi)部原子,、分子等粒子的動能,根據(jù)麥克斯韋-玻爾茲曼分布,,粒子的平均動能越大,,溫度也就越高,。 當(dāng)粒子的平均動能低于量子力學(xué)的最低點(diǎn)時,溫度就達(dá)到了絕對零度,,此時溫度已經(jīng)不可能再低了,,但事實(shí)上自然界的溫度只能無限逼近于絕對零度,永遠(yuǎn)不可能達(dá)到絕對零度,,這是因為當(dāng)處于絕對零度的時候,此時所有粒子都將處于完全靜止的狀態(tài),。 一切的熱力學(xué)活動也將全部停止,,那么粒子的速度和位置就被確定了下來,與量子力學(xué)中的“不確定性”是違背,。但其實(shí)溫度也是有上限的,,上限在物理上被稱為普朗克溫度,。 |
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