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宇宙中存在没有温度的物质吗?

时间:2020-05-05 12:48:30 作者: 来源:51区未解之谜网 手机阅读

在物理学中,声、光、电、力和热是主要的研究方向。在古代,许多学者研究“热现象”。但是没有人确切知道最早的1000年是在错误的道路上。因此,“物质为什么有温度”看起来很简单,但实际上却很复杂。到底发生了什么?

今天,让我们来谈谈这个问题。

热量理论

在欧洲中世纪,当时的学者认为“热现象”的本质是所谓的“热质”,即热量理论。这个理论认为热是一种类似于空气体的物质,它看不见、摸不着或附着在物体上,因此物体可以显示温度。

这种想法实际上非常符合我们日常生活中的直觉,普通人很难反驳这种说法。但它也能解释一些现象,如热传递。当高温物体与低温物体接触时,热量最终会变得均匀,这表明部分“热质”从高温物体转移到低温物体。

然而,后来发现热量理论也有缺陷。让我们举个例子。冬天,天气相对寒冷。这时,我们会习惯性地搓手。在搓手的过程中,会产生热量。在整个过程中,没有物质的转移,只有手掌之间的相对运动。

热量的本质是能量。

因此,热量理论面临前所未有的挑战。后来,经过几代学者的研究,他们认为热不是一种物质,而是一种能量。以文章中提到的“搓手”为例,在搓手的过程中,手掌在相对运动时会产生摩擦,在摩擦的方向上会产生位移,即做功,所以热量来自于摩擦做功。这实际上与钻木取火的原因相同。

不仅如此,还有一个叫焦耳的酿酒师。为了使啤酒味道更好,他做了一个非常棒的温度计。他对热现象特别着迷,并且已经研究了很多年。

因为他是一个酿酒师,所以他对能量转换的问题特别着迷。有必要知道传热和作功的方法可以改变物质系统的能量,这意味着传热和作功之间存在一定的转换关系。因此,他最终通过大量实验建立了转换关系。

这也被称为热的机械等价物。焦耳当时的计算已经相对准确了。后来,我们规定了以下换算关系。

在研究这个过程中,焦耳还得到了众所周知的能量守恒定律,现在有一种能量单位以他的名字命名。

“热现象”的微观解释

事实上,科学家们并没有就此止步,对“热现象”的研究后来更深入了。科学家还从微观角度发现了“热现象”的本质。在焦耳时代,他和物理学家开尔文一起工作,获得热力学温标。对应于这个温标的物理量是开尔文温度,用符号k表示。我们在日常生活中使用摄氏温标,两者实际上可以相互转化。开尔文零度是绝对零度,摄氏零下273.15度。因此,两者之间的转换关系是:

这个动作会有移动速度。然而,在微观世界中,粒子如此之多,我们无法一一测量。科学家使用的方法是计算粒子的平均动能。他们发现粒子整体移动得非常快,也就是说,平均动能越高,温度越高。相反,粒子整体上移动缓慢,即平均能量越低,温度越低。

这样,热现象与微观粒子联系在一起。开尔文温度的绝对零度实际上是对应于粒子最低平均动能的温度。(再补充一句,根据热力学第三定律,绝对零度是不可能实现的。)

摘要

知道了这一点,我们就能回答我们最初的问题“为什么物质有温度?”。

宇宙中,任何物质都是由粒子组成的,这意味着粒子中会有动能,所以这个物质的温度就是组成这个物质的粒子的平均动能。如果根本没有粒子,那就不是物质,当然也就没有温度的概念,例如:空和时间没有温度的一面。因此,只要它是一种物质,它就会对应于温度。

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