10.2.3　状态参量

在力学中,为了描述质点的运动状态,我们引入了位置矢量、速度等物理量。在热力学中,由于热力学系统是由大量作热运动的分子组成的,位矢、速度只能描述系统单个分子的运动状态,不能描述热力学系统的宏观状态。为了描述热力学系统的状态,需要引入新的物理量,这些确定热力学系统状态的物理量称为系统的状态参量。对于一定质量的气体,处于平衡状态时,其宏观状态一般可用气体的压强、体积和温度这三个物理量来描述。气体的压强、体积和温度称为气体的状态参量,分别用p、V、T来表示,它们都是宏观量。

气体体积的意义是气体分子所能达到的空间,实际上就等于容纳气体容器的体积,气体的体积和气体所有分子本身体积的总和是完全不同的。因此,体积V是确定气体空间范围的体几何状态参量。气体的压强是气体作用在单位面积容器壁上的垂直压力,它是大量分子对器壁碰撞而产生的宏观效果。因此,压强p是描述气体内部或气体与外界相互作用的力学状态参量。气体的温度是反映气体冷热程度的物理量,它是大量分子无规则热运动的宏观表现。因此,温度T是热学状态参量。

为了定量地确定物体的温度,必须确定温度的数值,其表示方法称为温标。在物理学中常用的温标有两种:热力学温标和摄氏温标。国际上规定热力学温标是最基本的温标,热力学温标确定的温度称为热力学温度。在国际单位制中,热力学温度与长度、质量、时间等一样也是基本量,其符号为T,单位为开尔文,简称开,用K表示。1 K定义为水的三相点(纯冰、纯水和水蒸气平衡共存的状态)热力学温度的1/273.16。这也就是说,水的三相点的温度定义为273.16 K。

摄氏温标的符号为t,单位为摄氏度,用℃表示。摄氏温标由热力学温标导出,它的定义是

式(10.4)表明热力学温度的273.15 K为摄氏温标的零点,热力学温标的分度与摄氏温标的分度相同,即热力学温度相差1 K时,摄氏温度也相差1℃。

还有一种温标是华氏温标。世界上绝大多数国家在日常生活中都使用摄氏温标,但欧美等地区的国家也采用华氏温标。华氏温度用t F表示,单位为华氏度,用℉表示。华氏温标与摄氏温标的关系为