热力学中温度的定义

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1、第 卷第期年 月海南师范大学学报 白然科学版 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 热力学中温度的定义张福恒，刘晓慈（海南师范大学物理系，海南禅口）摘 要：从热运动这慕本畑实出发，引入了描述热运动的物理最0,从広观的角度重新定 义了温度的概念，并给出了热力学第寥定律的数学表述 温度是热力学系统单位热运动最

2、的能 帚:，它与现冇理论并无矛盾，并貝冇清晰的物理意义关键词:热运动；热运动量：温度的定义；爛；能最中图分类号：文献标识码：文章编号：（）在早期的热力学理论中,温度并没有给出明确的定义，哄至在-些名著中也没给出温度的明确定义一1 在 世纪热力学理论建芷过程中，温度的概念仅凭经验白接引入到理论中，在热力学理论基本建立后，才 发现温度这基本问题并没冇泄义因此，在热力学笫泄律和热力学第二立律建立 年后的 世纪 年代才发现了热平衡怎律，从逻辑上讲，只能称Z为热力宁繪乍定律了由热力学第叨1彳礼从中定义了温 度是互为热衡的物体所貝有的-个相等的态两数门或者说，处于同-热平衡状态的所有热力学系统都 !有一个

3、共同的宏观性质，衣征这 以见性质的物理量就定义为温度门 这些定义眾然较为抑煤，在理解和 应用上，容易忽视了温度与能钛的联系所以，要不断强调温度的微观意义及温度的统计意义，因其同时也 彫响了至今仍未统认识的相对论热力学理论的建立门这说明温度概念的建立经历了 个长期的理论和 实践的探索本文从热运动这去本M实出发，重新定义温度的概念，并给出热力学第零定律的数学衣述 新定义与现有理论并无矛厉，仅相差个比例系数个系数之差，在物理理论上并不影响整个理论体系, 只要适当选择单位制即可消去此系数温度的新定义热力学研究的对象是由人晟无规则运动的微观粒子组成的系统人磺微观粒了的无观则运动称为热 运动,热力学就是研

4、究热运动所表现出來的宏观规律的为了描述大最微观粒了无规则运动这热现彖，必须引入个热运动宏观状态所特冇的最，这个最我 们用c来衣示，称为热运动帚 处于热平衡态的系统，即表现了系统热运动的宏观状态（微观状态的统计 平均）处于一确定值 因此,热运动童。是反映热运动大小的一个无量纲的状态函数 由于热运动是大最 微观粒子的无规则运动，因此系统的热运动蟻。是-个广延锻后面的论述将说明。是与爛联系的，这 里，我们不妨直接称a为爛下而我们从热运动这班实出发，给出温度的定义:温度是热平衡系统单位埔的能鼠论述证明:如图 所示，在相对系统质心静止的参考系中，有两个热接触并处于热平衡的系统I和II, 其能最分别为和，

5、爛分别为c和。两系统构成-处于热平衡的孤立系统（，），苴能最为，爛为 。由于。和 均为广延最,于是有收稿期山于孤立系统处于平衡态，因此 及。应人冇极值，否则它不处丁平衡态 对于参数入冇图 互为热平衡的两热力学系统X X A o A o XA X 由此即:互为热平衡的系统，其单位爛（热运动最）的能最相等（）式是参数入的函数，即a为热平衡的热力学系统有个相等的函数（态函数）根据热力学第冬泄律，我们将苴定义为温度，用 农示：一孑,即互为热衡的物体具有相同的温度 这里，我们从数学上简单地农述了热力学第零定律,（）式可作为热力学第零定律的数学衣述温标的建立理论上冇了温度概念的定义，但在实用上我们采用的是

6、温标，即温度的数值表示由于温度和现有理论的温度均衣示了互为热平衡系统共有的个态函数（状态的单值函数），因 此，我们有理由认为与Z间存在正比关系我们只要选择适当的单位,则常数即可为在后面的论述屮我们将说明在国际单位制中，就是玻尔兹曼常数k这样，我们完全可按现冇理论方法，规定水的三相点为参考点，建立理想气体温标 同样，也可建立起 热力学温标讨论）宙于热力学研究的是热运动的加观规律因此在理论上tf先引入描述热运动的広观物理晟热 运动最。是介理的引入的。必定是热现象所特冇的帚，就像力学理论中首先引入力和质最等物理帚，电 学理论中引入电场强度物理最-样）。为描述热运动的个駅，而热力学是从広观上研究热现彖

7、的 门理论，因此热力学中并不能很 好理解O的微观意义，只能说它是系统热运动大小的个最度）统计物理学是冃前物理理论体系中最完美的理论，爱因斯坦也给予了极高的评价 它独立于热力 学理论，从微观角度研究了热运动问题 我们在这里引入的描述热运动的就6其意义就是统计物理中微 观状态数对应的爛这里的。与现冇理论的爛 之间的关系为】 KO.Jt中K为玻尔兹曼常数这 样，我们定义的温度 与现有理论的温度 有如下关系门： K因此，在现有理论中，也可定义温度 为能量与爛的比值）根据上而的讨论，从热力学角度可以看出，宏观物理冷爛反映了系统热运动的大小结束语我们朿新賦予了温度概念一个确切表述，并给出简单论述证明指出温

8、度是热平衡系统单位爛的能 戢,及其和现有理论并无矛盾之处,并不需对现有理论作任何修正从宏观匕看，温度表征了系统的能量; 微观上看,它表征了组成系统的微观粒子无规则热运动的平均能量由于能最在相对论变换中L1冇结论，而爛表征了系统的澈观状态数，数是相对论变换中的不变帚 这 样，以上我们对温度的定义将有町能解决温度的相对论变换问题的长期争论,为相对论热力学理论的 建立提供了i个更为坚实的基础 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 海南师范人学学报口然科学版参考文献：伯克利物

9、理学教程统计物理学周世勋译北京科F击版社汪志減热力学统计物理版 北京高等教厅出版杜邹邦银热力7与分子物理学试汉:华中师范大学出版社：张镇九相对论物理学 武汉华中师范大学出版社Jincij道e 栗界席兹统计物理学杨训恺译北京人民教仃出版社谈镐生关于相对论热力学中的温度变换 中国科学光涛辐射功率不变性和温度洛仑兹变换科学通报 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing

10、House. All rights reserved, 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, （上接第页） 参考文献：孙祯祥论网络教有媒体与电视教育媒体的融介 电化教育研究 （）徐止山现代教仔技术中的电视教仔与网络教仔 科技情报开发与经济（）L付道明张利桃中国教仃电视的研究现状号发展趙势电化教戸研究（）胡为芹网络时代教育电视可持续发展的探究现代远程教育研究（）张歌东影视非线性编辑 北京中国广播电视出版社朱强广播电视新技术 杭州浙江大学出版补 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved,