温度是个宏观的物理量,我们能感受到,它是怎么定义的呢?先给出温度的定义:
1/T = dS/dE
下面咱们来说说这个公式是怎么来的.
考虑气体的温度问题,一般要先把问题简化成所谓的“理想气体”.因为一般气体里的能量有三部分:气体分子整体的线性运动,气体分子的自旋,和气体分子的颤动.其中后两种能量与温度无关.那么理想气体中的分子是完全弹性的小球,没有自旋和颤动,所以系统内总的能量就等于分子作整体线性运动的总的动量.
咱们来把一个封闭的理想气体系统想象成个密闭容器,里边有一些圆球来回运动.我们知道这个系统是有能量的,而且球的运动速度越高,系统的总能量就肯定越大.怎么来描述这个系统的能量特征呢?显然用总能量是不成的,因为同样的速度,同样的密度情况下,大的容器就比小容器总的能量高,这没解决问题.我们需要知道的是:两个系统相比,哪一个“相对”的能量级别更高(或更低)?
可能有人已经猜出来乐:这要从分子的动量下手.
说明一哈,上边之所以把“速度”说成了动量,是因为考虑到小球的质量可能不一样,速度同样时,质量大的小球能量就大.用“动量”就简化乐叙述,也更准确.
理想气体系统里单个分子之间运动的动量是不一样的,按大小来分,叫“能态”.如果一个系统内有N个能态(N小于或等于系统内总的分子数),每个能态就分走了一部分系统的总的能量,平均每个能态分得的能量是E/N.显然,如果有两个系统,那么E/N值(E1/N1,E2/N2)比较高的内个系统,相对的能量级别就高.这个比值跟系统的大小无关.
不知不觉之间,咱们好象已经发现乐上边提出的“两个系统相比,哪一个相对的能量级别更高?”这个问题的解决之道.
在物理上,一般考虑能态N的自然对数,把这个叫作熵,S.嘿嘿,似曾相识吧?显然,系统内的熵增所对应的能量变化可以用来描述系统的能量特征:dS/dE.这个比值小的时候,说明比较小的熵增对应着比较高的能量变化,系统整体的能量级别很高;反过来,就,就,就反过来说呗.这个特征,用一个物理量来描述,管它叫温度:T.定义为,
1/T = dS/dE
或,
T = 1 / (dS/dE)
现在就清楚乐,如果我们说:“两个系统A和B,A比B的温度高.”,实质是在说:在同样的熵增情况下,A系统中所对应的能量变化比B系统大.
应当说明的是,对温度有各种各样的解释,俺说的只是其中之一:热力学的解释.实际上,不存在一个统一的、完全没毛病的对温度的解释.要回答中小学生这个问题,就说气体温度跟气体分子的运动速度正相关,基本就行乐.再刨根问底,俺上边说的基本可以应付.还不满意的话,嘿嘿,您需要自个儿创造个说法乐,出个SCI文5D.