溫標

許多中學教師在講“熱力學溫標”這一節時，都是在講了查理定律之後把p—t圖上的直線向左方延長(圖1)交橫軸於D點，得出t=-273℃，然後敘述了課本中的文字：“精確的實驗證明273應該是273.15即壓強等於零時的溫度應該是-273.15℃……開爾文創立了把-273.15℃作為零度的溫標，叫做熱力學溫標或絕對溫標，用熱力學溫標表示的溫度叫熱力學溫度或絕對溫度。

溫度的數值表示法叫做溫標。

溫標包括三個要素：測溫物質及其測溫屬性、定標點、分度法。

規定溫標是比較複雜的，不能象確定長標那樣，在溫度計上隨便定出刻度間隔。

首先要確定選擇什麼樣的物質(是水銀，還是氫氣或是電偶)，這些物質的冷熱狀態必須能夠明顯地反映客觀物體(欲測物體)的溫度變化，而且這種變化有復現性(這一步叫選擇“測溫質”)。

其次，確定該測溫質變化物理量

要知道該測溫質的哪些物理量隨著溫度的改變將產生某種預期的改變(這一步叫確定“測溫特性”)。比如，水銀溫度計是用水銀做測溫質，水銀的體積隨溫度作線性變化，這就是水銀這種測溫質的測溫特性。

第三，選定參考點

第三，要選定該物理量的兩個確定的數值作為參考點(也叫基準點)，進而規定劃分溫度間隔的方法。

華倫海特(G·D·Fahrenheit)最初所制的水銀溫度計是在北愛爾蘭最冷的某個冬日，水銀柱降到最低的高度定為零度；把他妻子的體溫定為100度，然後再把這段區間的長度均分為100份，每一份叫1度。這就是最初的華氏溫標。顯然，認定氣溫和人的體溫作為測溫質的標準點並在此基礎上分度是不妥當的。健康人的體溫在一天之中經常波動，而且他妻子如果感冒發燒了怎麼辦？後來，華倫海特改進了他創立的溫標，把冰、水、氯化銨和氯化鈉的混合物的熔點定為零度，以0°F表示之，把冰的熔點定為32°F，把水的沸點定為212°F，在32→212的間隔內均分180等分，這樣，參考點就有了較為準確的客觀依據。這就是現在仍在許多國家使用的華氏溫標

，華氏溫標確定之後，就有了華氏溫度(指示數)。

後來攝耳修司( A·Celsiua)也用水銀作測溫質，以冰的熔點為零度(標以0℃)，以水的沸點為100度(標以100℃)。他認定水銀柱的長度隨溫度作線性變化，在0度和100度之間均分成100等份，每一份也就是每一個單位叫1攝氏度。這種規定辦法就叫攝氏溫標。

華氏溫度計和攝氏溫度計使用的是同種測溫質(水銀)，利用了同樣的測溫特性(水銀柱熱脹冷縮)。但由於規定的標準點和分度單位不同，就造成了兩種不同的溫標，從而產生了兩種不同的溫度的數值。

如果選定的標準點相同，但使用了不同的測溫質，那麼所定出的溫標也不會是完全一致的，因為它們的物理性質隨溫度的改變在不同的範圍內可能不會相同。下表列出五種溫度計，它們的測溫質分別是氫氣、空氣、鉑絲、電偶和水銀，其測溫的物理性質分別為氣體的壓強、電阻、電動勢和水銀的長度，它們的基準點都是以冰的熔點和水的沸點為0度和100度。可以看出，對應同一個客觀溫度(假定以定容氫氣溫度計的指示數為標準)，各種溫度計的讀數是不一樣的。

以上具體說明了我們的論斷：不管是用什麼溫度計測定溫度，都不過是反映了測溫質的特性而且還夾雜著溫度計結構的影響。例如，水銀溫度計的玻璃泡和毛細玻璃管都將因為是否含鈉或是含鉀或是同時含有鈉鉀而使其零點位置發生變化。因此，任何溫度計都不能測定物體的真正溫度。由於測溫物質和測溫特性的選取不同，參考點和分度方法的選擇不同，故可以有各式各樣的溫標。

統一的熱力學溫標

為了結束溫標上的混亂局面，開爾文(即W·湯姆遜)——這位熱力學第二定律的創始人，最受尊敬的物理學家，創立了一種不依賴任何測溫質(當然也就不依賴任何測溫質的任何物理性質)的絕對真實的絕對溫標，也叫開氏溫標或熱力學溫標。

開氏溫標是根據卡諾循環定出來的，以卡諾循環的熱量作為測定溫度的工具，即熱量起著測溫質的作用。正因為如此，我們又把開氏溫標叫做熱力學溫標。卡諾循環描繪了理想熱機的基本圖案，具有巨大的理論意義。卡諾循環象迷霧中的燈塔，給出了熱機效率的上限。