再論解析溫度的內在邏輯

09-21

再論解析溫度的內在邏輯

胡良

深圳市宏源清實業有限公司

摘要：溫度是表達物體冷熱程度的物理量；分子的無規則運動叫做分子的熱運動，大量分子的運動遵循統計平均規律。對氣體來說，根據分子熱運動規律及採取統計平均方法，可揭示熱力學溫度（T）與氣體分子運動的平均平動動能（Ek)的聯繫。

關鍵詞：溫度，壓強，分子，動能，熵，對稱性，場，相位

作者,總工，高工，碩士

Analyze the connotation of temperature

The energy constant (Hu) is the smallest energy unit,Hu = h * C=Vp*C^(3), which reflects the intrinsic relationship between the vacuum speed of light (C) and Plancks constant (h).

Keywords: Temperature, pressure, kinetic, kinetic energy, entropy, symmetry, field, phase

1從分子熱運動來看溫度

溫度是表達物體冷熱程度的物理量；分子的無規則運動叫做分子的熱運動，大量分子的運動遵循統計平均規律。對氣體來說，根據分子熱運動規律及採取統計平均方法，可揭示熱力學溫度（T）與氣體分子運動的平均平動動能（Ek)的聯繫。

，其中，動能（）表達平均一個氣體分子的動能，

其量綱是，[L^(3)T^(-1)]*[L^(2)T^(-2)]，或，[L^(3)T^(0)]*[L^(2)T^(-3)]；

玻爾茲曼常數（）的量綱是，[L^(3)T^(0)]，大小是，；

溫度（）的量綱是，[L^(2)T^(-3)]，大小是，。

可見，氣體分子的平均平動動能與溫度有關（與熱力學溫度成正比）。從宏觀上來看，溫度體現物質冷熱程度；從微觀上來看，溫度與大量氣體分子的平均平動動能的平均值相關。

如果熱力學系統中的任一個都與參照的熱力學系統處於熱平衡(體現為溫度相同)，則其相互之間也一定處於熱平衡。或者說，溫度相等是熱平衡的必要條件。

從另一個角度來看，同一熱平衡狀態的任何熱力學系統都具有共同的宏觀特徵，這就是熱平衡系統狀態擁有一個大小相等的狀態函數（溫度）。

溫度體現了分子運動的平均動能，是大量分子熱運動的統計結果。對於真空來說，溫度就表現為環境溫度；環境溫度本質上是光子（類似氣體分子）運動的平均動能，是大量光子熱運動的統計結果。

通常，溫度通過物體隨溫度變化的某些特性來進行間接測量；溫標就是用來量度物體溫度數值的標尺。

2從統計力學來看溫度

從統計力學來看，溫度與系統的熵及系統的動能有關；在系統體積（V）及粒子數（N）保持不變的情況下，體現為溫度是動能對於熵的偏導。

，

其中，熵（）的量綱是，[L^(3)T^(0)]；溫度（）的量綱是，[L^(2)T^(-3)]；

動能（）的量綱是，[L^(3)T^(-1)]*[L^(2)T^(-2)]，

或，[L^(3)T^(0)]*[L^(2)T^(-3)]。

值得一提的是，熵（S）的含義是玻爾茲曼常數乘以系統分子的狀態數的對數值，從統計學來看，S=k*㏑Ω。物質的量就是粒子的數量，可用個（或摩爾）表達。

3普朗克溫度的內涵

普朗克溫度（Tp）是宇宙中最高的溫度。

，

其中，，表達約化普朗克常數，量綱是，[L^(3）T^(-1)]*[L^(2)T^(-2)]，大小是，；

，表達光速，量綱是，[L^(1)T^(-1)]；

，表達萬有引力常數，量綱是，[L^(0)T^(-1)]，大小是，；

，表達玻爾茲曼常數，量綱是，[L^(3）T^(0)]，大小是，；

，普朗克質量，量綱是，[L^(3）T^(-1)]，大小是，；

，表達普朗克溫度，量綱是，[L^(2）T^(-3)]，大小是，。

4解析溫度與壓強等內在聯繫

溫度是一個強度量，大於絕對零度的物體都會有電磁輻射。物體可通過輻射電磁波（降低了自由光子的數量）來降低溫度，而物體也可通過吸收電磁波（增加了自由光子的數量）來增加溫度。此外，在物體的內部，輻射及吸收光子也時刻在進行著；在物體的內部，自由光子及受約束光子（圍繞電子運行的光子）的比例與溫度有關。

對於一個孤立量子體系來說，體現為固態屬性；對於二個（或以上）相互圍繞運行的孤立量子體系來說，共同體現為液態屬性；對於眾多運行的自由孤立量子體系聚集體來說，共同體現為氣態屬性。

對於一個由N個基本粒子組成的孤立量子體系（固態屬性）來說，

。

對於二個相互圍繞運行的孤立量子體系（液態屬性）來說，

。

對於眾多自由運行的孤立量子體系聚集體（氣態屬性）來說；可將眾多自由運行的孤立量子體系聚集體,視為一個更大的孤立量子體系。

更大的孤立量子體系的屬性，可用壓強（），體積（），溫度（）及內部的孤立量子體系數量（）等來表達。

。

例如，對於一個氫氣分子（由個基本粒子組成）來說，

；

假如，在這一個孤立量子體系內部，共有個基本粒子，則基本粒子構成個

氫原子，則有，。

根據，

，

可知，，這意味著宏觀的壓強小於微觀的溫度。

，這意味著宏觀的體積，大於，其內部基本粒子的普朗克體積

之和。

體現了宏觀（眾多較小的孤立量子體系組成）與微觀（較小的孤立量子體系）之間的聯繫。

例一，這一個由N個基本粒子組成的孤立量子體系內部如果全部由光子

組成，則體現的壓強最大。

例二，這一個由N個基本粒子組成的孤立量子體系，其內部全部由氫

氣組成；與這一個孤立量子體系內部全部由水分子組成；進行比較，可知，

如果其它邊界條件全部一樣，則水分子組成的孤立體系的壓強小於氫氣分子

組成的孤立體系的壓強。

因為，在這一個孤立量子體系內部，雖然，含有的基本粒子數量相同；但水分子數量小於氫氣分子的數量。

氣態方程表達了，由很多自由的孤立量子體系組成的宏觀孤立量子體系的屬性，揭示了宏觀與微觀的內在聯繫。

對於混合的理想氣體，其狀態方程可表達為，

。

此外，根據能量常數理論（量子三維常數理論）可知，

。

可見，

對於光子來說，；

對於N個基本粒子組成的自由的孤立量子體系來說，

；

對於M個基本粒子組成的自由的孤立量子體系來說，

。

總之，影響溫度的因素有三個。第一個因素，自由的孤立量子體系（例如，自由的光子，自由的原子及自由的分子等）的動能；第二個因素，單位體積內所含有的微粒（自由的孤立量子體系）數量，宏觀物體是由大量的微粒（光子，原子及分子等）組成的；第三個因素，背景空間。