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經(jīng)驗溫標由于需要借助于測溫物質(zhì)的物理特性,因此有很大的局限性,不能適用于任意地區(qū)或任意場合,因而也是不科學的,。熱力學溫標是開爾文(kelvin)在1848年提出的,熱力學溫標是利用卡諾定理建立起來的,以熱力學第一,、第二定律為基礎,與測溫物質(zhì)本身的性質(zhì)無關,在1967年的第十三國國際計量大會上,將熱力學溫度的單位開爾文(K)為國際單位制(SI)7個基本單位之一。

熱力學第一定律是由邁爾(Mayer)和焦耳(Joule)在1842年和1843年先后獨立提出的,。

  可以表述為:一切物質(zhì)的能量能夠從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式,從一個物體傳給另一個物體,在轉(zhuǎn)化和傳遞中能量的數(shù)量不變,。

熱力學第二定律是由克勞修斯和開爾文在1850年和1856年先后提出的?？耸媳硎鰹?不可能把熱從低溫物體傳到高溫物體而不產(chǎn)生其他影響;開氏表述為:不可能從單一熱源取熱使之變?yōu)橛杏玫墓Χ划a(chǎn)生其他影響,。

上述兩個定律的明確,使卡諾定理的嚴格證明有了依據(jù)?？ㄖZ定理可以簡述為:所用工作于兩個一定溫度之間的熱機,以可逆熱機的效率為最大,。其推論為:所有工作于兩個定的溫度之間的可逆熱機,其效率相等,。卡諾循環(huán)是由兩個定溫過程和兩個絕熱過程交錯組成的,。遵守卡諾定理的可逆熱機熱效率η為:

 η=w/Q1=(Q1-Q2)/Q1=(T1-T2)/T1                  (1-1)

  式中:Q1—卡諾熱機從高溫熱源吸收的熱量;

 Q2—卡諾熱機向低溫熱源發(fā)出的熱量

  W—一卡諾熱機所做的功(由熱力學第一定律可得知W,Q1,Q2);

 T1一高溫熱源的溫度

 T2:低溫熱源的溫度

  式(1-1)簡化后可得

  Q1/Q2=T1 /T2         

                      (1-2)

  式(1-2)說明,工作于兩個熱源之間交換熱量之比等于兩熱源溫度之比。這樣引入的溫標稱為熱力學溫標或開爾文溫標,。顯然,熱力學溫標與測溫物質(zhì)的性質(zhì)無關,因此又稱為絕對溫標,符號用K來表示,。1954年國際計量大會決定把水三相點溫度273.16K定義為熱力學溫標的基本固定溫度,而熱力學溫度的單位開爾文(K)就是水三相點的熱力學溫度的1/273.16為了統(tǒng)一攝氏溫標和熱力學溫標,190年的第11屆國際計量大會對攝氏溫標做了新的定義,規(guī)定它由熱力學溫標導出,攝氏溫度t的定義為

  t=T-273.15

  它的單位是攝氏度,符號為℃

  3.理想氣體溫標

  理論證明,利用定容或定壓理想氣體溫度計測出的溫度就是熱力學溫標中的溫度。因此,，人們通常是利用理想氣體溫度計來實現(xiàn)熱力學溫標,。理想氣體是實際氣體在壓強趨于零時的根限,它具有兩個基本性質(zhì)

(1) pV=nRT'

其中,P是壓強:V是體積;n是物質(zhì)的量:R是摩爾氣體常數(shù):T是理想氣體溫標所確定的溫度,。

(2)內(nèi)能僅僅是溫度的函數(shù),即

U=U(T')

利用上述性質(zhì)可以證明,理想氣體可逆卡諾定理的效率為

η=1-T'2/T'1                   (1-3)  

式(1-3)分別與式(1-1),、式(1-2)進行比較后可得

T'2/T'1=T2/T1

  同時,理想氣體溫標也把水三相點溫度值規(guī)定為273.16K。因此,理想氣體溫標所確定的溫度T'等于熱力學溫度T,。

理想氣體溫標可以用氣體溫度計來實現(xiàn),但是由于實際氣體并不是理想氣體,所以在利用氣體溫度計測溫時,必須對測量值進行修正,才能得到熱力學溫度值

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