在物理学中,声、光、电、力、热是本家儿要的研究偏向。在古代,很多学者都研究过“热现象”。可是没有人搞得清晰,最早的1000多年都是走在了错误的道路上。所以,“物质为什么会有温度”这件事看似很简单,但现实上却很复杂。那具体是咋回事呢?
今天,我们就来聊一聊这个问题。
热质说
在欧洲的中宿世纪,那时的学者认为“热现象”的素质是一种叫做“热质”的工具,这也就是热质说。这个理论认为热是一种近似于空气一样的物质,看不见、摸不着、附着在物体上,这样物体就可以显示出温度了。
这种设法现实上很合适我们日常糊口的直觉,并且一般人也很难辩驳这样的说法。并且也确实可以诠释一些现象,好比:热传递。当一个高温的物体和一个低温的物体接触,热量最终会变得平均,这申明有一部门“热质”从高温物体转移到了低温物体上。
可是,后来就有人发现:热质说也是出缺陷的。我们来举个例子,到了冬天,气候都比力冷,这个时辰我们就会习惯性地搓手,搓手的过程中,就会有热发生。在整个过程中,并没有物质的转移,只有手掌之间的相对活动。
热的素质是一种能量
是以,热质说面对了前所未有的挑战。后来,颠末一代又一代学者的研究,他们认为热并不是一种物质,而应该是一种能量。就拿上文中提到的“搓手”的例子,在搓手的过程中,手掌之间的相对于活动中,手掌之间会有摩擦,并且在摩擦力的偏向上有位移,也就是做功了,所以热来自于摩擦力的做功。这和钻木取火其实是一个事理。
不仅如斯,那时有一位啤酒商叫做焦耳。他为了做出口感和口胃更好的啤酒,建造出了很是精巧的温度计。他对热现象出格痴迷,而且长年研究。
因为他是啤酒商,是以,他尤其对能量转化的问题出格痴迷。要知道传递热量和作功的方式都可以改变物质系统的能量,那就意味着传热热量和做功之间存在着必然换算关系。于是,他经由过程大量的尝试最终确立了这个换算关系。
这也被我们称为热功当量。焦耳那时测算出来的成果已经是比力精准了。后来,我们划定了下面这样的换算关系。
在研究这个过程中,焦耳还获得了赫赫有名的能量守恒定律,现在能量的单元之一就是以他的名字定名的。
“热现象”的微不雅诠释
科学家其实并没有止步于此,对于“热现象”的研究后来加倍深切。科学家还从微不雅视角找到了“热现象”的素质。在焦耳的时代,他就和物理学家开尔文合作获得了热力学温标。这个温标对应的物理量就是开氏温度,用符号K暗示。我们日常糊口顶用到的是摄氏温标,两者其实是可以彼此转化的。开氏温度的零度就是绝对零度,用摄氏温标暗示就是-273.15℃。是以,两者的转化关系就是:[°C] = [K] ? 273.15。
那么问题来了,温度是权衡冷热现象的物理量,那么高暖和低温到底有什么区别呢?
从微不雅的角度来看,热的素质其实是微不雅粒子的热活动。这句话该若何理解呢?
我们知道,万物都是由粒子组成的,但粒子并不是整整洁齐摆列的,而是会乱动。
这动起来就会有动得快慢的说法。可是微不雅宿世界,粒子数其实太多太多,我们没有法子一个个去测量。科学家用到的法子就是统计粒子的平均动能。他们发现,粒子整体上动得很快,也就是平均动能很高时,温度就越高。反之,粒子整体上动得很慢,也就是平均能量很低时,温度就越低。
经由过程这样的体例,热现象就和微不雅粒子成立起了联系。而开氏温度中的绝对零度其实就是粒子平均动能最低时所对应的温度。(多说一句,按照热力学第三定律,绝对零度是不成能告竣的。)
总结
知道了这些,就可以回覆我们开首的问题“物质为什么会有温度?”。
在宇宙中,任何物质都是由粒子组成的,这就意味着这里粒子会存在动能,那么这个物质的温度就是组成这个物质的粒子的平均动能。若是压根不存在粒子,也就不是物质了,当然也就没有温度的概念了,好比:空间、时候就没有温度的一面。是以,只如果物质,就会对应温度。
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