霍芬海姆:温度单位k和摄氏度的关系

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温度单位k和摄氏度的关系  

热力学温度单位开尔文(K)是国际单位制(SI)基本单位之一。其他基本单位是米、千克、秒、安培、摩尔和坎德拉。

开尔文的定义(K):

开尔文(K)是热力学温度单位,等于水的三相点热力学温度的(1/273.16)。上述定义以物理常量:水三相点热力学温度Tt
r为基础,而Tt r国际上已于1967年协议,精确地等于273.16K。(图略)

1K=1/273.16 Tt r

开尔文是用英国科学家开尔文的名字命名的。

威廉·汤姆森(William·Thom?鄄son),后来的开尔文勋爵(Lord·Kelvin of
Largs),1824年6月26日生于英国北爱尔兰贝尔法斯特。他的特殊天赋和理解力很早就表现出来了,以致他在10岁就被格拉斯哥大学注册录取。16岁他作为大学生来到剑桥,在剑桥他所有功课成绩都很优秀。汤姆森作为格拉斯哥大学物理学教授从1846年开始从事教学和科学研究。人们说,在他那儿,计划1小时的课经常持续3个小时。

汤姆森的兴趣一向在热力学和电学方面。热能的研究使他认识了一个可能最低的温度,即温度的绝对零度。他把这个-273.15℃的温度点当作一个新的温度和温标(图略)的出发点。他与一位英国物理学家詹姆斯·普雷斯科特·焦尔(James·Prescott·Joule
1818~1889)一起发现了用他们两人名字命名的“焦尔-汤姆森效应”。它表明,理想气体在没有外界做功而膨胀时,使其冷却到足够低的温度。发生冷却是由于膨胀时必须通过内部做功以克服气体的分子力。*1856年汤姆森认识到按照他的名字命名的热电“汤姆森效应”,它包含,当一个电流通过,在一个均匀的电导体中存在一个温度落差按照它的方向产生热或取走热。

“汤姆森热”和一个导电体的焦耳电流热(它取决于导体的电阻和电流强度)是不能混淆的。另外汤姆森还认识到可以转化为机械功的热能。作为热力学过程不可逆性的一个量,用熵的概念他与鲁道夫·克劳西乌斯(Rudolf·Claustus1822~1888)同时创立了热力学第二定律,亦即所有的热力机只能把它从一种热材料取走的热能的一部分转换成机械功。这个热能的剩余部分又总是被散发给冷材料。

在电学领域按照他的名字命名的开尔文电流天平属于最重要的发明。它可以确定机械力和电流强度之间的关系。电流天平特别在测量电流和检定电流计中得到应用。值得一提的是他还研制了静电伏特计,它能够相当精确的测量当时最高大约10kV的电压。此外汤姆森改进了许多测量方法并且发明了无数其他的测量仪器,比如说精确测定很小电阻的测量电桥,它现在被称作为汤姆森测量电桥。汤姆森通过参与实现大不列颠和美国之间首次海底电缆连接名扬国外。他是这个项目的发起人之一,并计算了电缆。经海底电缆的第一次通话是1858年8月17日通过北大西洋从大不列颠通往美国。无可置疑,这项海底电缆的连接是19世纪最大的技术贡献。遗憾的是,因为出现了故障,用这个电缆向大西洋另一方大约只通了700次话。跨越大西洋持续的通信直到1866年初才在两洲之间建起,这项工作汤姆森同样参与并起了决定性的作用。

威廉·汤姆森1882年被授予贵族称号后被尊称为拉格斯的开尔文勋爵。1907年12月17日死于苏格兰拉格斯附近的内斯霍尔(Netherhall),享年84岁。他的成就得到了承认,他是19世纪杰出的和受人尊敬的自然科学家。他把最后的长眠之处选在伊萨克·牛顿爵士(1643-1727)旁边的威斯敏斯特尔教堂。

*焦尔-汤姆森效应:气体经历焦尔-汤姆森膨胀时温度随压强的变化。

焦尔-汤姆森膨胀:流体通过多孔塞或部分开放的活门从高压到低压的不可逆绝热膨胀。