熵与热力学第二定律
热力学温标
普通温度计依赖某种物质——水银柱的高低、酒精的膨胀——而不同物质之间会略有分歧,所以那个“度”多少有点随意。热力学温标摆脱了这一点,它用一条自然定律、而不是任何材料来定义温度。这是一种不含任何测温液体的温度。
开尔文的洞见是:理想的卡诺机提供了一把不依赖物质的尺子——两个温度之比,等于一台在它们之间运行的可逆机所吸收与排出的热量之比。把标度锚定在绝对零度——原则上那个热量之比会在此消失之处——就钉下了一个真正的零点。结果就是开尔文温标,每一度的大小与摄氏度相同,但计数从绝对零度(约 −273.15 °C)开始。
它为什么重要:这正是每一个严肃的热力学公式里该用的温度——除热量得到熵的那个 T、卡诺效率里的那个 T、气体定律里的那个 T。因为它有一个真正的零点,比值才有意义:从热力学上说,200 K 确实是 100 K 的两倍热。要注意的是:这句话在摄氏或华氏温标上是错的,它们的零点是随意的,这正是为什么这些温标绝不能用在这些方程里。
把气体从 20 °C 加热到 40 °C,并不会让它的膨胀倾向翻倍,尽管摄氏数翻了一倍。换算成开尔文——293 K 到 313 K——你就看出真正的变化仅有约 7%。气体定律只有在你喂给它热力学温度时才会乖乖听话。
只有开尔文温标有真正的零点,所以只有它的比值在物理上有意义。
热力学温标和理想气体温标在数值上恰好完全一致,这是一个幸运而深刻的巧合——它让我们能用一支实际的气体温度计,去实现一个抽象的、基于发动机的定义。
又称
另见