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國際單位制中的“攝氏度”

本刊資料室

1“攝氏溫度”已被重新定義

溫度的概念和溫度的測量幾百年來經(jīng)歷了漫長的發(fā)展和完善，到目前為止，溫度被定為國際單位制[SI]中7個基本物理量之一，單位為“開爾文”，符號K.人們熟知的攝氏溫度的概念已不再是原來攝耳修斯 (Anders Celsius,1701～1744)所創(chuàng)建的“攝氏溫標”的溫度，目前已被重新定義.單位 “攝氏度，符號℃”，已被納入了國際單位[SI]制單位，并被定義為“攝氏度是開爾文用于表示攝氏溫度值的一個專門名稱”,意思是說在使用攝氏溫度值時,單位“開爾文”有個專門名稱，叫做“攝氏度”.

由于有關(guān)溫度概念、溫度測量完善和發(fā)展的問題是如此紛繁，在進行教學(xué)時(特別是在初中)的困難就可想而知了，很難說追求科學(xué)的精準和嚴密，只能采取通俗、模糊處理，但又應(yīng)避免出現(xiàn)歪曲和錯誤. 為此特摘編如下一些資料供廣大教師同行參考，如有錯訛之處還望指正.

2國家標準中關(guān)于熱力學(xué)溫度和攝氏溫度的表述

攝氏溫度(Celsius temperature)/ 符號：t,θ；定義：t=T-T0，式中T0定義為等于273.15 K / 備注：熱力學(xué)溫度T0準確地比水的三相點熱力學(xué)溫度低 0.01 K /單位名稱：攝氏度(degree Celsius),符號：℃ ；定義：攝氏度是開爾文用于表示攝氏溫度值的一個專門名稱.

換算因數(shù)和備注:熱力學(xué)溫度和攝氏溫度的間隔或溫度差的單位是相同的.國際計量大會建議，這種溫度間隔或溫度差應(yīng)該用開爾文(K)或攝氏度(℃)表示.其他名稱或符號，例如：“degre”，“deg”，“degree centigrade”，“degree”或“度”，均予以廢除.應(yīng)當指出，在攝氏度符號 ℃ 之前應(yīng)留一間隔(參閱 GB 3101的3.4)[1].

3熱力學(xué)溫度和國際溫標

溫度是一個既重要而又特殊的物理量,它是7個基本物理量之一，許多物理現(xiàn)象都與之密切相關(guān)，生產(chǎn)、生活、科學(xué)研究都離不開溫度的測量；溫度是一個內(nèi)涵量(即強度量)，不是一個廣延量.溫度不能相加，一個溫度等于兩個溫度之和是沒有意義的，兩個溫度只有相等或不相等.長期以來，對溫度的測量與對其他物理量的測量不同，對其他物理量測量得到的結(jié)果是所測物理量單位的倍數(shù)(或分數(shù))，而對溫度的測量只是做標志，即只是確定溫標上的位置而已.這種情況到1967年使用溫度單位開爾文以后有了變化，至此也就完成了溫度單位定義的現(xiàn)代化.

熱力學(xué)溫度是唯一能夠統(tǒng)一，而又能明確描述熱力學(xué)性質(zhì)的溫度.1848年，英國科學(xué)家開爾文(William Thomson, Lord Kelvin,1824～1907)首先提出，將溫度數(shù)值與理想可逆熱機的效率相聯(lián)系，根據(jù)熱力學(xué)第二定律來定義溫度的數(shù)值.在此之前已出現(xiàn)了多種測溫工具和與之相對應(yīng)的溫標，其中應(yīng)用最為廣泛的就是我們所熟悉的攝氏溫度計和攝氏溫標(在歐美則流行華氏溫度計和華氏溫標)，這就是被人們稱之為的經(jīng)驗溫標.經(jīng)驗溫標的一個共同特點就是人為地規(guī)定了溫度的變化與測溫物質(zhì)體積變化成線性關(guān)系.各種經(jīng)驗溫標沒有統(tǒng)一的標準，同一種經(jīng)驗溫標由于測溫物質(zhì)不同也存在差異.顯然，這種受制于測溫物質(zhì)性質(zhì)的經(jīng)驗溫標無法滿足科學(xué)技術(shù)日益發(fā)展的需要.熱力學(xué)溫度根據(jù)熱力學(xué)第二定律定義，與任何特定物質(zhì)無關(guān)，是理想的溫度標準.

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，國際交往日益頻繁，統(tǒng)一溫度量值勢在必行. 熱力學(xué)溫度是國際公認的最基本的溫度，一切溫度測量最終都可以熱力學(xué)溫度為準.但是，熱力學(xué)溫度是理想溫度，不可能直接測量.我們所能做的只是制定一套方案，依照這個方案，用實際溫度計來測定任何溫度，在數(shù)值上都非常逼近相應(yīng)的熱力學(xué)溫度.這就是國際溫標(有的叫做國際實用溫標).建立國際溫標應(yīng)包括3點：

(1)確定一系列定義固定點(相平衡態(tài))，并賦予最佳的熱力學(xué)溫度值；

(2)指定內(nèi)插儀器(基準溫度計)；

(3)確定不同范圍內(nèi)的內(nèi)插公式.建立國際溫標的原則是，定義簡單，易于復(fù)現(xiàn)，所測溫度值十分接近熱力學(xué)溫度值，并且，無論是測量范圍，還是測量精度都應(yīng)滿足實際需要.

統(tǒng)一溫度量值的工作從19世紀就開始了.1887年國際計量局設(shè)計了國際標準溫標，以定容氫氣體溫度計為標準，它的量值通過玻璃水銀溫度計傳遞到各國.溫度范圍只有0～100 ℃，還不能說是真正的國際溫標.

第一個國際溫標是1927年第七屆國際計量大會通過的1927國際溫標ITS-27，確定了6個定義固定點、3個標準內(nèi)插儀器和4個內(nèi)插公式.后來不斷更新完善，1948年公布了1948國際溫標ITS-48,1954和1960年又兩次對ITS-48進行修改，最重要的是以水的三相點作為一個定義固定點代替冰點.經(jīng)修改后叫做1948國際實用溫標IPTS-48.

1968年作了一次重大修改，以1968國際實用溫標IPTS-68代替IPTS-48.IPTS-68確定了13個定義固定點及指定溫度值，其中包括冰點273.15 K,0 ℃；水沸點373.15 K ,100 ℃.這次改變了溫度值，擴大了溫度范圍，使之更接近熱力學(xué)溫標.IPTS-68于1975年和1978年又進行了兩次補充修正.

現(xiàn)行的1990國際溫標ITS-90，是國際計量委員會根據(jù)1987年第十八屆國際計量大會第七號決議的要求，于1989年通過的，定義固定點17個，較IPTS-68有較大的變化.其中包括取消了IPTS-68定義固定點中的水沸點，保留了水的三相點.對于常用的玻璃液體溫度計來說ITS-90與IPTS-68相比除冰點沒有變化外，其余各點溫度變化的最小差值的絕對值為0.002 ℃，最大差值絕對值為0.115 ℃，水沸點差值為 “-0.026 ℃”[2].

4小結(jié)

作為基礎(chǔ)教育教師對有關(guān)專業(yè)知識可能難于了解其詳，但是有幾點我們應(yīng)該清楚，其中包括：

(1)現(xiàn)在所說的“攝氏度(degree Celsius)”屬于國際單位制單位,而且只能叫做“攝氏度(degree Celsius)”(符號為 “℃”)不可簡稱為“度”或別的什么.攝氏溫度的現(xiàn)行定義是t=T-T0, 其中T0定義為等于273.15 K.過去的由兩個定點，冰點0 ℃和水沸點100 ℃，并其間等分100等份定義的“攝氏溫標”,以及其他經(jīng)驗溫標(包括“絕對溫標”)已成為歷史.

(3)現(xiàn)行的1990國際溫標ITS-90的定義固定點包括水的三相點273.16 K,0.01 ℃，依此冰點273.15 K,0 ℃沒有變化；取消了水沸點作為定義固定點(據(jù)筆者所見,常用的液體溫度計的制作廠商仍以冰水混合物的溫度值,即冰點273.15 K,0 ℃作為刻度的定點之一,水沸點不再使用,其他刻度定點是用加熱的油,其溫度值根據(jù)標準溫度計確定),水沸點的準確值不再是373.15 K ,100 ℃(其差值為“-0.026 ℃”),而是373.124 K ,99.974 ℃，然而在日常生活中這是完全可以忽略的，只是作為教師我們應(yīng)當清楚其來龍去脈.

參 考 文 獻

1國家標準GB3100～3102-93《量和單位》

2國家技術(shù)監(jiān)督局計量司.1990國際溫標宣貫手冊

短文薈萃