理想气体温标

Question

为什么定容气体在压强趋于零时温度趋于373.15k；而无论用什么气体无论是定压还是定容，在气体压强趋于0时，温度又趋于413.15k?

Answer 1

　理想气体温标　　　为了定量地进行温度的测量，必须确定温度的数值表示方法。温度的数值表示法叫
　温标，理想气体温标是一种有重要理论和实际意义的温标。下面介绍它的确定方法。
　波义尔定律指出：一定质量的气体，在一定温度下，其压强P和体积V的乘积是个常数，
　即：
　　　PV＝常数（温度不变） 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(3-2-7)
　对不同的温度，这一常数的数值不同。各种气体都近似地遵守这一定律，而且压强越小
　与此定律符合得也越好。为了表示气体的这种共性，我们引入理想气体的概念。理想气
　体就是在各种压强下都严格遵守波义耳定律的气体，它是各种实际气体在压强趋于零时
　的极限情况，是一个理想模型。
　　　 既然对一定质量的理想气体，它的PV乘积只决定于温度，所以我们就可以定义一个
　温标，叫理想气体温标，这一温标指示的温度值与该温度下一定质量的理想气体的PV乘
　积成正比，以T表示理想气体温标指示的温度值，则应有
　　　pV ∝ T　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(3-2-8)
　　　这一定义只能给出两个温度数值的比，为了确定某一温度的数值，还必须规定一个
　特定温度的数值。1954年国际上规定的标准温度点为水的三相，即水、冰和水汽共存而
　达到平衡态时的温度（这时水汽的压强是4.58mmHg，约609Pa）。这个温度称为水的三
　相点温度。以表示此温度，它的数值规定为
　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(3-2-9)
　式中K表示理想气体温标的温度单位，读作“开”
　　　以，表示一定质量的理想气体在水的三相点温度下的压强和体积，以P、V表示
　该气体在任意温度T时的压强和体积，由（3-2-8）和（3-2-9）式， T的数值可由下式
　决定
　或　
　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（3-2-10）
　这样，只要测定了某状态的压强和体积的值，就可以确定该状态相应的温度数值了。
　　　
　　　实际上测定温度时，总是保持一定质量的气体的体积
　（或压强）不变而测它的压强（或体积），这样的温度计
　叫定容（或定压）气体温度计。图3-15是定容气体温度计
　的结构示意图。在充气泡B（通常用铂或铂合金做成）内
　充有气体，通过一根毛细管和水银压强计的左臂M相连。测
　量时，使B与待测系统相接触。上下移动压强计的水银槽，
　使M中的水银面在不同的温度下始终保持与指示针尖O接触，
　以保持B内气体的体积不变。当待测温度不同时，由气体实
　验定律知，气体的压强也不同，它可以由M与M'的水银面
　高度差h及当时的大气压强测出。如以P表示测得的气体压
　强，则根据（3-2-10）式可求出待测温度数值应是
　　　　

图 3-15 　　　在热力学中还有一种不依赖于任何物质的特性的温标叫热力学温标（也曾叫绝对
　温标）。它在历史上最先是由开尔文引进的。通常也用T表示，这种温标指示的数值，
　叫热力学温度（也曾叫绝对温度）。它的国际制单位叫“开尔文”，简称“开”记作
　K。可以证明，在理想气体温标有效范围内，理想气体温标和热力学温标是完全一致的。