密度与温度的关系

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介绍

物体的温度和密度之间存在比例关系。由于这种关系，周围温度的变化会影响物体的密度。

物体内部粒子的振动是由于物体内部发生变化而产生的。温度升高会影响整体温度水平。振动导致原子位置发生变化，产生热量，从而导致温度升高。

高温与物体的低密度密切相关。随着温度降低，物体或溶液的体积也会降低。

温度对密度的影响

有些物体加热后会膨胀。例如，水加热后会膨胀，体积也会增加。如果将冰从冰箱中取出放在碗里，一段时间后，冰会融化成水，总体积会增加。

图1：密度与温度的关系

压力和物体的密度之间也存在直接联系。当压力从0增加到5，再增加到10时，密度也相应地从50增加到100，再增加到150。这表明压力会增加温度，最终导致该物体的密度增加。

与温度和密度相关的定律

查理定律是一个重要的定律，它用来研究物体的温度和体积之间的关系。

根据查理定律，在相同且恒定的压力下，特定气体的体积和温度保持不变 (Jia et al. 2019)。这项研究表明，物体的体积与温度之间存在直接的比例关系。鲍伊尔的观点是，如果物体的体积和压力需要保持不变，那么温度必须保持恒定。

密度的特性

物体的温度会随着其密度的变化而变化。特定物体的质量最终与其体积进行比较。密度公式对于理解温度与该分量之间的关系非常重要 (Bertini et al. 2021)。

公式为：密度 = 质量/体积

此公式也可以表示为D = m/v。质量的大小在改变个体密度方面起着重要作用。在不同的温度下，物体的原子和排列会相应地发生变化。

温度和密度的单位

表示物体密度主要有四个单位。Kg/L（千克/升）是表示物体密度最常用和最公认的单位。G/mL（克/毫升）和t/m3（吨/立方米）是另外两个重要的密度单位。密度主要分为相对密度和绝对密度两种 (Fable et al. 2019)。温度变化会影响这两种密度的值。

参考物质密度与核心物质密度的比率被称为相对密度 (Milot et al. 2018)。大多数情况下，水被认为是参考物质。相对密度还有另一个名称，即比重。

温度的特性

晶格是基于温度变化的重要组成部分。

不同类型的波长会引起温度变化。

随着物体的组成和密度随时间变化，热容也会发生变化 (Drake, 2018)。

费米能是最高温度和最低温度之间的差值。这是量子力学的一个概念，用来解释量子系统之间的差异。

温度单位

主要有三个单位可以用来解释温度，它们是华氏度、开尔文和摄氏度。开尔文是热力学温度的SI单位。

图2：粒子随温度的变化

理想气体之间关系的演示

理想气体	公式	符号	SI单位	术语的全称
	P = ρRT	P	Pa（帕斯卡）	压力
		R	K/ J/ 摩尔 (R=8.31)	通用气体常数
		ρ	m3/Kg	所选理想气体的密度
		T	K（开尔文）	所选气体的温度

表1：理想气体中温度和密度关系的描述

密度和温度的关系

• 在非常浓的溶液中，温度较低。随着溶液密度在某种情况下增加，整体温度也会相应降低。
• 相反，当溶液或组分的密度降低时，温度会升高。
• 在一定密度的降低下，密度会立即降低 (Agterberg et al. 2019)。
• 在热力学方面，这些变化会影响溶液和组分的整体状态和特性。

结论

温度通常是指个体或粒子身体的冷热状态。分子和粒子的位置变化在确定温度变化方面起着重要作用。了解密度与温度的关系对于维护管道系统、船舶和潜艇的管理和驾驶过程至关重要，需要了解温度和密度之间的内在关系。在分子和物体温度非常高的情况下，降低密度可以帮助降低整体温度。

常见问题

Q1. 表示不同密度值的三个不同单位是什么？

固体的密度用g/cm3表示。液体和气体的密度用g/ml和g/L表示。

Q2. 改变密度会影响温度的原因是什么？

密度的变化会引起分子位置的变化，最终影响温度。通常情况下，也会创造更多的空间。

Q3. 温度变化对液体物体也有效吗？

温度升高通常会导致液体的体积增加。结果，包含的分子也会增加。这是液体温度变化的结果。

Q4. 物体在空气介质中的温度变化如何影响其密度？

较低的温度通常会导致物体即使在空气介质中也具有较高的温度。体积和密度会影响重力变化。结果，每个不同位置的温度都不同。

参考文献

期刊

Agterberg, D. F., Davis, J. C., Edkins, S. D., Fradkin, E., Van Harlingen, D. J., Kivelson, S. A., ... & Wang, Y. (2019). The physics of pair density waves. arXiv preprint arXiv:1904.09687. 检索自：https://arxiv.org

Bertini, B., Heidrich-Meisner, F., Karrasch, C., Prosen, T., Steinigeweg, R., & Žnidarič, M. (2021). Finite-temperature transport in one-dimensional quantum lattice models. Reviews of Modern Physics, 93(2), 025003. 检索自：https://arxiv.org

Drake, R. P. (2018). Introduction to high-energy-density physics. In High-Energy-Density Physics (pp. 1-20). Springer, Cham. 检索自：http://nozdr.ru

Fable, E., Angioni, C., Bobkov, V., Stober, J., Bilato, R., Conway, G. D., ... & Zohm, H. (2019). The role of the source versus the collisionality in predicting a reactor density profile as observed on ASDEX Upgrade discharges. Nuclear Fusion, 59(7), 076042. 检索自：https://pure.mpg.de

Fu, W. J., Pawlowski, J. M., & Rennecke, F. (2020). QCD phase structure at finite temperature and density. Physical Review D, 101(5), 054032. 检索自：https://link.aps.org/pdf/10.1103/PhysRevD.101.054032

Jia, X., Willard, J., Karpatne, A., Read, J., Zwart, J., Steinbach, M., & Kumar, V. (2019, May). Physics guided RNNs for modeling dynamical systems: A case study in simulating lake temperature profiles. In Proceedings of the 2019 SIAM International Conference on Data Mining (pp. 558-566). Society for Industrial and Applied Mathematics. 检索自：https://epubs.siam.org

Milot, R. L.，Klug, M. T.，Davies, C. L.，Wang, Z.，Kraus, H.，Snaith, H. J.，……& Herz, L. M. (2018)。甲脒锡三碘薄膜的光电特性受掺杂密度和温度的影响。先进材料，30(44)，1804506。检索自：https://onlinelibrary.wiley.com

网站

Pngitem (2022)。关于密度和温度之间的关系。检索自：https://www.pngitem.com/ [检索日期：2022年6月10日]