热量和温度的区别

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介绍

在生活中，你可能曾经将温度和热量这两个词语混淆使用过。这并没有关系，因为在日常用语的语境下，这两个词语确实非常相似。较多的热量通常意味着更高的温度。然而，在物理学的领域，热量和温度虽然密切相关，但它们并非等同的概念。事实上，热量是一种能量形式，而温度则是能量的度量。两个温度相同的物体不一定具有相同的热量。反之，给予两个物体相同的热量，它们也不一定会有相同的温度。

在本文中，我们将详细阐述热量和温度的概念，并解释它们之间的区别。

什么是热量？

简单来说，热量是一种能量形式。在科学领域，它被定义为正在转移进或转移出热力学系统的能量。毫无疑问，能量可以通过多种方式进行转移。热力学功也是能量转移的一种形式。那么，所有能量转移都被称为热量吗？

不是的，只有通过除做功和物质转移之外的其他过程转移的能量才被称为热量。此类过程的例子包括传导、辐射、摩擦、对流等。

热量的单位

在国际单位制中，热量的单位是焦耳（J）。

然而，根据使用的便利性，也可以使用其他单位来测量热量，例如卡路里。将1克水的温度提高1摄氏度所需的热量被定义为1卡路里。

需要注意的是，卡路里在物理学和工程学中并不常用。大多数情况下，科学家更倾向于使用国际单位制的焦耳作为热量的单位。

关于热量的误解

让我们讨论一些人们对热量持有的一些常见误解。

热量和冷是不同的

在科学的语境下，“冷”本身并不存在。如果我们说某个物体是冷的，我们实际上是在说它缺乏热量。冷是热量的缺乏。

冷可以流进或流出物体

如前所述，冷仅仅是热量的缺乏。因此，当我们冷却一个系统时，我们并不是在向其中注入“冷”。相反，我们是在从系统内部移除热量。

温度是热量的度量

虽然我们很快将在接下来的部分讨论温度，但你必须理解温度并不能测量热量。相反，它与动能有关。具有相同热量的物体可能具有不同的温度。

热能的主要来源

热能可以从许多来源获得。以下是一些例子。

• 太阳：太阳是地球最显著的热源。它辐射出的能量以电磁辐射（光）的形式到达地球。这些光被物体吸收，导致它们获得热能。

• 地球的能量：地球蕴藏着丰富的热能。在许多地方，人们可以发现温泉、间歇泉等，它们的热量可以用于各种场景，例如发电。以这种方式获得的能量被称为地热能。

• 燃料：最常见但也最具环境破坏性的产生热量的方式是燃烧燃料。虽然这些燃料会产生大量的热量，但它们也会释放各种气体并污染环境，因此必须尽量减少其使用。

什么是温度？

温度是能量的度量。虽然温度确实表达了热度的程度，但它衡量的是与系统中原子或分子相关的平均动能。温度的概念几乎应用于所有科学领域，并不局限于物理学和工程学。温度会影响许多物理过程。例如，各种化学反应只能在特定温度下发生。

不同的温度标尺

由于温度是热量和动能的度量，因此有多种方法来定义它。特定的温度标尺描述了如何测量温度以及温度的一个单位对应什么。让我们总结一下不同的温度标尺

• 摄氏温标：摄氏温标以瑞典天文学家命名。该温标使用绝对零度和一种特殊类型的水的三相点来定义。绝对零度对应于理论上最低可能的温度0开尔文，水的三相点为273.16开尔文。

• 热力学温标或开尔文温标：热力学温标是一种绝对温度标尺，完全基于热力学定律。它最初由开尔文勋爵使用热机效率和卡诺定理设计。

• 华氏温标：华氏温标最初使用一种特殊盐水溶液的冰点作为0华氏度，以及平均人体温度作为96华氏度。后来，它使用开尔文温标重新定义。

华氏温标目前在美国普遍使用，而国际惯例是使用开尔文温标。

什么是温度计？

用于测量温度的装置称为温度计。它通常由两个重要的部分组成。第一个是温度传感器，可以是数字或模拟的。第二个是显示器，它将测量的温度转换为某个标尺上的数值，最常见的是摄氏或华氏标尺。

据说第一个温度计发明于16世纪后期。然而，第一个实用的温度计是由丹尼尔·华伦海特在18世纪初设计的，他创造了水银玻璃温度计。

温度计的类型

有多种方法可以将温度计分类为不同的类型。从广义上讲，可以根据它们如何感知和显示温度读数将它们分为数字和模拟两种。以下是几种最常见的温度计类型

• 水银温度计：水银温度计在其灯泡（测量温度的部分）内部装有少量水银。水银在加热时会膨胀并在连接到灯泡的管子中上升。它上升的程度可以进行校准，并将温度读数列在管子上。

图：1 体温计

• 数字温度计：数字温度计具有数字传感器和显示器。用户将灯泡放在口腔或腋下固定时间间隔，结果会显示在一个小屏幕上。

图：2 数字温度计

• 红外温度计：这些是最现代、最准确、最易于使用的温度计。它们利用目标物体发出的辐射来感知其温度，因此可以即时显示输出。它们具有非接触式仪器的优点。

图：3 红外温度计

结论

热量和温度有时被混淆使用，但它们是不同的概念。热量是一种能量形式，以焦耳或卡路里为单位测量，而温度是热度的度量。它与平均动能有关，并以摄氏度、华氏度等单位测量。主要的热源包括太阳、地热资源和化石燃料。最后一种对环境有害，必须避免。温度通过温度计测量，温度计最早发明于17世纪。它们由一个测量温度的部分（灯泡）和一个以特定单位显示该温度的部分组成。红外温度计是最现代和最准确的温度计。

常见问题

Q1. 如何在华氏温标和摄氏温标之间进行转换？

Ans. 华氏温标和摄氏温标之间存在线性关系。可以使用以下公式：

$\mathrm{F=\frac{9}{5}C+32}$

Q2. 摄氏温标和开尔文温标之间有什么关系？

Ans. 要从摄氏温标转换为开尔文温标，请添加273.15。例如，32摄氏度等于$\mathrm{32^{\circ}C+273.15=305.15K}$

Q3. 全世界最常用的温度标尺是哪个？

Ans. 摄氏温标在普通民众中使用最广泛。然而，科学家使用开尔文温标。

Q4. 是否可能达到绝对零度？

Ans. 到目前为止，绝对零度的概念是理论上的，我们还没有能够达到它。然而，在实验室中已经测量到了接近绝对零度的温度。

Q5. 为什么材料在加热时会膨胀？

Ans. 热量是能量的度量。被加热的分子振动得更快，振幅更大，导致材料膨胀。