热力学温度和摄氏温度的关系

Answer 1

热力学温度与摄氏温度的关系由公式 T=t+273.15℃ 表示。其中，热力学温度用 T 表示，摄氏温度用 t 表示。热力学温度的单位是开尔文（K）。摄氏温度，或称摄氏温标，是世界上广泛使用的温度计量单位，符号为°C。
热力学第三定律阐述了“绝对零度”是无法通过有限步骤达到的。在统计热力学中，温度被定义为一个描述体系内能随熵（体系混乱度）变化率的强度性质的热力学量。这一理论为“热力学负温度区”开辟了新的理论领域。
在我们生存的环境和大多数研究体系中，体系拥有无限量子态。在这些体系中，内能总是随着混乱度的增加而增加，因此并不存在负热力学温度。然而，对于拥有有限量子态的少数体系，比如激光发生晶体，当内能持续提高至体系混乱度不再随内能变化而变化时，便达到了无穷大温度。在此之上进一步增加内能，体系将进入“粒子布居反转”状态，此时内能随混乱度的减少而增加，导致热力学温度出现负值。需要注意的是，这里的负温度并不遵循经典代数关系，实际上它代表了一个比正温度更高的温度状态。
量子统计力学对温标概念进行了扩充：对于无限量子态体系，正绝对零度小于正温度，而正无穷大温度则大于正温度。对于有限量子态体系，正绝对零度小于正温度，正无穷大温度等于负无穷大温度，而负温度小于负绝对零度。正、负绝对零度分别是有限量子态体系热力学温度的下限和上限，都不能通过有限步骤达到。