基礎物理教程

關於溫度計和溫度標度的文章

1.溫度計

測量溫度的工具是溫度計。溫度計種類繁多，但工作原理基本相同。通常，我們使用熱敏物體，即那些性質隨溫度變化而改變的物體。如果物體的溫度發生變化，其形狀和大小也會隨之改變。大多數溫度計都使用這種會隨溫度變化而膨脹或收縮的物體。常用的溫度計由玻璃管組成，管內裝有酒精或水銀。當溫度升高時，容器內的酒精或水銀會膨脹，導致酒精或水銀柱的長度增加。相反，當溫度降低時，酒精或水銀柱的長度會減少。玻璃管外側標有刻度，即溫度計的刻度。酒精或水銀柱頂端所顯示的數字表示被測物體的溫度值。

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關於熱力學第零定律的文章

到目前為止，我們只觀察到了兩個接觸物體所經歷的熱平衡。

為了更深入地理解熱平衡的概念，我們來看三個物體（假設為物體A、物體B和物體C）。例如，物體B和物體C不接觸，但物體A與物體B接觸，物體A也與物體C接觸。觀察下圖。由於彼此接觸的物體A和物體B處於熱平衡狀態，因此物體A和物體C也處於熱平衡狀態。那麼，不接觸的物體B和物體C也處於熱平衡狀態嗎？如果僅從邏輯上講，我們可以說物體B和物體C也處於熱平衡狀態，即使它們不接觸。物體A和物體B處於熱平衡狀態，這表示物體A的溫度等於物體B的溫度。

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關於溫度和熱平衡定義的文章

溫度的定義

你摸過冰嗎？手碰到冰時有什麼感覺？如果碰到的是火呢？摸冰時，手會覺得冷；摸火時，手會覺得熱。熱、暖、涼、冷這些字描述的是什麼？

溫度的概念源自於我們觸覺對冷熱的感知。根據觸覺的感受，我們會說一個物體比另一個物體更熱，或者一個物體比另一個物體更冷。熱的物體溫度較高，冷的物體溫度較低。物體越冷，溫度越低；反之，物體越熱，溫度越高。物體冷熱程度的量度就稱為溫度。在氣體分子運動論這門學科中，你將更深入地理解溫度的定義：物體分子內部發生了什麼變化，使得物體感受到冷熱。

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關於物質相態的文章（基於微觀性質）

在日常生活中，我們經常會遇到物質的三種不同狀態：固態物質（例如石頭、鐵等）、液態物質（例如水、汽油等）和氣態物質（例如空氣等）。這三種狀態的區分依據是它們保持自身形狀和大小的能力。

固體通常保持固定的形狀和體積。液體則不會保持固定的形狀，而是會根據所盛裝的容器調整自身形狀。例如，如果我們把水倒入玻璃杯中，杯子的形狀會跟著改變。如果把水倒入浴缸中，浴缸的形狀也會跟著改變。液體的體積通常保持不變。即使把一杯水放入浴缸中，杯子裡的水量仍然不變。水的形狀可能會改變，但體積始終不變。需要注意的是，如果受到足夠大的外力作用，固體和液體的數量也會改變。

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關於原子理論和動力學理論的文章

原子理論

數千年來，古希臘人一直認為所有純淨物（例如黃金、鐵等）都由原子構成。他們認為，如果將純淨物切成小塊，再將這些小塊切開，如此反复，最終會得到無法再次切割的最小顆粒。這些無法再次切割的最小顆粒就被稱為原子。 「原子」一詞源自希臘語，意為「不可分割」。

當時，人們認為原子是不可分割的。但後來一些科學家發現了電子和原子核（質子和中子），因此原子不可分割的假設是錯誤的。所以，原子是由電子（帶負電荷）和原子核組成。電子圍繞原子核運動。原子核內部包含質子（帶正電荷）和中子（不帶電荷）。

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關於相變、臨界溫度和三相點的文章

在討論理想氣體定律時，我們已經解釋過，理想氣體定律只有在實際氣體的壓力和密度不太大時才能準確描述實際氣體的行為。如果壓力和實際氣體的密度夠大，或者當實際氣體的溫度接近沸點時，理想氣體定律就會給出不準確的結果。這與實際氣體分子間的相互作用有關。氣體壓力與氣體體積成反比。當氣體壓力夠大時，氣體體積會減少。由於氣體體積減小，氣體分子之間的距離會縮短。當分子之間的距離縮短時，分子之間就會相互吸引。這就像把一塊鐵放在磁鐵上一樣。如果磁鐵和鐵之間的距離夠遠，磁鐵就無法吸引鐵。但如果磁鐵和鐵之間的距離很近，鐵就會被磁鐵吸引。

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范德瓦爾斯（Van der Walls）是一位荷蘭物理學家，J.D. 范德瓦爾斯（1837-1923）的名字。范德華狀態方程是氣體的狀態方程，類似理想氣體的狀態方程式。差別在於，如果實際氣體的壓力和密度夠大，理想氣體的狀態方程式就無法提供精確的結果，而范德華狀態方程式則可以產生更精確的結果。

這個方程式的出現源自於范德華斯，他意識到了理想氣體狀態方程式的限制。范德瓦爾斯修正了理想氣體狀態方程，並添加了幾個因素，這些因素在實際氣體的壓力和密度較大時也會影響實際氣體的狀態。

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蒸發過程可以用分子運動論來解釋。水分子和氣體分子一樣，也會運動。不同之處在於，水分子不會分散，因為分子間的吸引力足以將它們結合在一起。相反，氣體分子間的吸引力很弱，所以氣體分子無法融合。水分子在運動時具有速度。有些水分子速度很快，有些則很慢。水分子速度的分佈類似麥克斯韋分佈。

當水分子運動速度夠大，以至於分子間的引力不足以將它們束縛在一起時，就會發生蒸發。這類似於火箭進入太空，火箭的速度足夠大，以至於地球的引力無法將其束縛在地球上。要注意的是，只有速度極高的分子才能擺脫分子間的引力。速度較慢的分子則像水一樣保持聚集狀態。

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沸騰是液體轉化為氣體的過程。當飽和蒸汽壓等於空氣壓力（空氣壓力=大氣壓力）時，就會發生沸騰。我們這裡只討論沸騰的水。水的飽和蒸氣壓與水的溫度成正比，水溫越高，飽和蒸氣壓也越高。加熱水時，容器底部通常會出現小氣泡。氣泡的存在表示液體正在轉化為氣體。如果氣泡內的飽和蒸氣壓小於外部空氣壓力，氣泡會在到達水面之前​​收縮並破裂。氣泡破裂的原因是外部空氣的推力大於氣泡內部蒸氣的推力。外部空氣壓力高於氣泡內的蒸氣壓，因此外部空氣的推力較大（P = F / A）。

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濕度是指空氣中水蒸氣的含量。下雨時，空氣濕度很高，因為空氣中含有大量的水蒸氣。相反，如果空氣中的水蒸氣含量很低，空氣就會乾燥。空氣中水蒸氣的含量以相對濕度來表示。

相對濕度是指在一定溫度下，水蒸氣分壓與飽和水蒸氣分壓之比（水蒸氣即水蒸氣）。相對濕度以百分比表示，其數學公式為：

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