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温度的微观本质

更新时间:2023-10-14 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

化学量都是人造概念,是人类为了认知,区分自身和外界物体而筹建的。阿姆斯特丹学派主张:“自然科学不是自然界本身,而是人和自然界关系的一部份,因此依赖人。”温度是评判物质冷热程度的数学量,在微观本质上觉得代表的是分子、原子的运动的剧烈程度。在热力学短发子(原子)的运动包括平动、转动和震动。在固体的磨擦生热的解释中,觉得固体分子的无规则运动的总动能和分子间互相作用势能构成了宏观物体的热力学能。B3y物理好资源网(原物理ok网)

人类对事物的认识总是渐进的,不断深入的,随着认识的深入会发觉各类物理数学模型都是理想化的条件。这些认识永远没法迈向对事物的绝对认识,由于孤立的事物是不存在的,所有的系统都是宇宙的一部份。所谓的体温的微观本质是大量分子的平均动能,这些推论也是不完备的。B3y物理好资源网(原物理ok网)

室温的微观本质是分子热运动学说的完善,部份来始于对布朗运动的研究。微小颗粒在水底的运动严格来说属于机械运动,这些机械能由弹性能转化而至,而弹性能在更微观层级上可能是水份子的电磁场的势能。颗粒做布朗运动,是机械能和弹性(势)能二者之间不断互相转化的一种动态平衡的结果。微小颗粒是不溶于水的,对水份子来说是异物,它与水份子之间形不成物理键的结合。微小颗粒的布朗运动,并不等同于水份子的运动。B3y物理好资源网(原物理ok网)

化学量之间常常互相依存,检测一种化学量,常常要依靠其他化学量或物质的其他数学特点。我们生活中常用的体温计是依照液体热胀冷缩的原理制成,体温计液泡内通常是水银,酒精、煤油等液体。在工业上,广泛使用温差电偶体温计——它借助个别金属的温差电现象来实现对气温的测量,检测范围可从3000度到接近绝对零度。专用的低温体温计有光测温度计分子热运动是热胀冷缩吗,比色体温计和幅射体温计。在人造太阳(可控核聚变)试验中,对气温的检测则借助到了激光散射,软X射线能谱等光学原理。B3y物理好资源网(原物理ok网)

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布朗运动,是微粒在液体(二氧化碳)中的运动,从试验中观测到:气温越高,微粒的布朗运动越激烈,但这是在压力不变情况下的结果。微粒的布朗运动,与气温成反比,与液体的压力成正比。而压力加强到一定程度,微粒的内部结构甚至会发生变化,被压瘪,跳入水中,失去在水底的布朗运动。例如,空气中悬浮的飞絮,我们用手将它搓捻一下,它的化学性质、化学结构及质量并无变化,但它却不能再浮于空气中。微粒的布朗运动的剧烈程度,和湿度,压力及微粒是处于液态和气态的环境中都有关系。固态物质分子热运动中的平动和转动的阻力肯定要小于液态和气态的分子。在现今的电子显微镜下,人类也未能观测到液体,固体分子出现类似于微粒的布朗运动中的平动,转动及震动。微粒在二氧化碳和液体中的布朗运动的剧烈程度,与气温成反比,与液体中微粒的数目成正比,与液体的压力成正比,也就是说,气温并非是分子运动剧烈程度的惟一决定条件(由布朗运动证明了分子运动),而将体温的微观本质定义为分子热运动,与其他无关,其实从物理方式和逻辑上是不创立的:布朗运动硬度系数,反比于室温正比于密度和压力。B3y物理好资源网(原物理ok网)

在空调的制热过程中,压缩机将气态的制热剂加压,制热剂的压力及湿度增高,但容积缩小许多,在高压下形成液化现象。制热剂气温增高,这么分子运动该提高;并且因为制热剂容积的大幅压缩及液化,分子的运动空间遭到挤压,但运动剧烈程度反倒提高,即便有悖于常理。诸如:在一个20平方米的卧室内装入3个人,这么三个人在上面有运动空间;而倒入100个人,这么人的平动、转动和震动就会遭到限制。所谓的天文学中的白矮星,中子星及超固态,因为物质结构早已与普通物质的分子,原子结构不同,但这种物体也存在室温这项数学量,其实体温的微观本质的运动学说有其局限性。100摄氏度的水和100摄氏度的水蒸气,气温相同,假如觉得分子热运动的剧烈程度完全相同,显著缺乏劝说力。B3y物理好资源网(原物理ok网)

传统观点觉得:热传播的条件是存在室温差,只要存在室温差,还会发生热传递,直至气温相同为止。热传播的方法有三种:传导、辐射和对流。两个固体之间的热传递主要通过热传导,液体及二氧化碳热传递时对流显著。而热幅射是非接触的两个物体之间的惟一传递方法,以可见光、红外线、微波等来传递热,但在分子运动学说中,没有电磁波幅射和吸收的概念。诸如太阳以电磁波——光的方法,经过太阳系内的空间将热能传递给月球。现今问题又来了,在宇宙内,存在许多接近真空的空间(上面基本没有分子和原子),但这种空间内也有体温这项数学量,但是接近太阳的地方气温极高,而有些空间湿度接近绝对零度。这种空间中通过电磁波测定体温的高低,分子热运动学说又该怎么囊括此类情况?类似于水的蒸发现象,物体幅射和吸收电磁波是同时存在的:吸收的少于幅射的,则体温下降;幅射的少于吸收的,则湿度增加。而两个非直接接触的物体气温相同时,并非是不再吸收和幅射电磁波,而是类似于水的饱和蒸气压的状态,吸收和幅射达到了动态平衡。天文学中恐怕太阳早已存在50亿年,期间它仍然在辐射出光能热能,这麽它的湿度该逐渐升高,分子的运动剧烈程度逐渐减少吗?其实这是错误的,由于太阳的气温是相对恒定的,它通过核聚变反应释放出核能,核能又主要以光能和热能的方式对外释放。热能和气温息息相关,在接近真空的环境中,气温在微观本质上是和电磁能流密度相关的。分子吸收外界幅射来的电磁能以后,在压力不变的情况下表现出运动提高的现象,也有可能出现由液态变为气态的转化。而在压力减小的情况下分子热运动是热胀冷缩吗,气态分子也可以释放出电磁能,出现凝结液化现象,同时伴随着气温下降对外吸热的结果。B3y物理好资源网(原物理ok网)

微粒的布朗运动只存在于二氧化碳和液体中,以上主要通过布朗运动剖析了气温微观本质运动学说的不足。下边我们来说固体磨擦生热中的情况。B3y物理好资源网(原物理ok网)

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在古时对热就有两种想法:一种把热看成是一种特殊物质,它不生不灭,存在于一切物体之中,物体的冷热程度,取决于所含热质的多少;另一种觉得热是物质微粒的某种运动方式。十八世纪时,因为热质说难以解释磨擦生热的现象,而分子热运动学说较好的解释了磨擦生热及机械能和热能之间的转化问题,于是否定了热质说,而确立了分子运动说的地位。热质说的致命缺陷是热质的不生不灭这些简单化和机械化的思维。而假如觉得热质是分子(原子)电磁能的一部份,因为分子之间的磨擦运动,固体分子间运动激化,再造成热质(电磁能)由被分子的束缚态变为释放态,因而造成热质(电磁能)的密度增高,物体体温下降。两块石头、金属等硬质材料激烈撞击时,都会有火花冒出,磨擦也可以生电。因此,磨擦造成物体释放被囚禁的电磁能是顺理成章的。机械能转化为热能的能量守恒,造成了分子运动学说的确立,而质能多项式,则曝露了运动学说的缺陷。诸如:动物通过光合作用,光子被囚禁于动物内;动物通过平缓氧化作用或则燃烧,又释放出光子。在分子层级上,这是物理过程,但在原子层级上,它也可以视为化学过程,是数学学研究对象。B3y物理好资源网(原物理ok网)

物体的气温是可以变化的,但在微观上,它不而且物体分子的平均动能,也包括物体的外部电磁能动态平衡的外部环境,在物体内部也和分子(原子)的电子基态轨道及电子附送的电磁能有关。在压力、物体状态(固、液、气)等化学量相同的条件下,气温的下降,物体分子(原子)运动剧烈程度会降低。在某一特定气温下,气温也是物体分子的一种内禀特点。B3y物理好资源网(原物理ok网)

认清楚体温的微观本质是有现实意义的。在超导研究中,高温对于超导体来说,不可是一个外部电磁能环境,也是超导体内部分子的电子的基态状态有关,但是超导体很可能将自身导电过程中形成的少量电磁波幅射传递给了氟利昂。这将造成常温超导材料的研究不可能成功。不仅在极低气温下个别材料具有超导性,在极高压力下个别材料也出现超导性,极高压力也会改变物体分子的细微结构。目前的超导材料,在应用中因为性价比差,不可能大面积推广。低温核聚变,高温下的量子计算机的研究,工作条件过分严苛,可能将会面临无情的自然法则,成为当代的“炼丹术”研究。B3y物理好资源网(原物理ok网)

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