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深度長(zhǎng)文:體溫的本質(zhì)究竟是哪些?氣溫有下限和上限嗎?

更新時(shí)間:2023-09-14 文章作者:佚名 信息來(lái)源:網(wǎng)絡(luò)整理 閱讀次數(shù):

我國(guó)南方地區(qū)通常到了1月份氣溫在零下5到10℃左右甚至更低,而北方有些地區(qū)氣溫似乎相對(duì)較高,通常應(yīng)當(dāng)是在零上5℃到10℃左右。SLo物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

氣溫的變化也是校服厚薄的變化,氣溫在生活中也是一個(gè)重要的穿衣參數(shù)。月球上所有的生物對(duì)于氣溫都有一個(gè)適應(yīng)機(jī)制,氣溫假如過(guò)低或則過(guò)高就會(huì)對(duì)生物本身形成一定的影響。SLo物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

而目前人類(lèi)在面臨著全球變暖帶來(lái)的氣溫上升,預(yù)計(jì)到了2100年,全球平均溫度將上升1.4~5.8攝氏度左右!氣溫的上升和增長(zhǎng)對(duì)于全球來(lái)說(shuō)都是一個(gè)不好的現(xiàn)象。SLo物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

回過(guò)頭,我們?cè)賮?lái)討論氣溫這個(gè)概念。SLo物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

我們都曉得氣溫是表示物體冷熱程度的一個(gè)數(shù)學(xué)量,而我們對(duì)氣溫的理解也是冷和熱兩個(gè)概念。它對(duì)生物體也有著不可忽略的作用。SLo物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

生物體包括人在內(nèi),對(duì)氣溫的敏感性還是比較大的。月球上幾乎所有的生物都生活在零下幾攝氏度到50攝氏度之間。SLo物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

當(dāng)環(huán)境氣溫高于一個(gè)臨界值,會(huì)造成生物代謝衰弱,蛋白質(zhì)合成遇阻,脫水變性。SLo物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

低溫則會(huì)破壞酶的活性,夏季沒(méi)有胃口就是由于胃蛋白酶的活性很低,造成消化減弱。同時(shí)就會(huì)導(dǎo)致缺氧以及神經(jīng)系統(tǒng)麻痹等病癥。SLo物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

人的正常體溫是37度左右,發(fā)燒發(fā)高熱時(shí)溫度會(huì)上升到40攝氏度物體分子熱運(yùn)動(dòng)的劇烈程度,雖然是三度的差別,也足以對(duì)身體導(dǎo)致惡劣的傷害,可見(jiàn)人類(lèi)有多么的脆弱。SLo物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

不僅氣溫對(duì)生物體的影響,在其他方面也是不可忽視的誘因之一。SLo物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

例如數(shù)學(xué)和物理中也有著非常的意義,數(shù)學(xué)中濕度是粒子運(yùn)動(dòng)的直接彰顯,而在物理中不同水溫下的物體是有著不一樣的狀態(tài)。SLo物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

室溫計(jì)的原理就是熱脹冷縮物體分子熱運(yùn)動(dòng)的劇烈程度,當(dāng)氣溫下降時(shí),氣溫計(jì)內(nèi)的物質(zhì)都會(huì)膨脹,容積減小。體溫降出來(lái),容積又會(huì)降低。SLo物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

宏觀上來(lái)講,氣溫抒發(fā)的是物體的冷熱程度,這也是人們對(duì)氣溫的最直觀的抒發(fā)。SLo物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

物體內(nèi)部所有分子熱運(yùn)動(dòng)的_一個(gè)物體做自由落體運(yùn)動(dòng)則物體_物體分子熱運(yùn)動(dòng)的劇烈程度SLo物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

然而對(duì)于人來(lái)說(shuō),冷和熱都是相對(duì)的,用冷熱程度來(lái)形容其實(shí)不合理。SLo物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

假定有三杯水,氣溫分別是0攝氏度,20攝氏度,40攝氏度。先把右手放在0度的水底,雙手放在40度的水底,1分鐘后,同時(shí)裝入20度的水底,這時(shí),你會(huì)發(fā)覺(jué),右手給你的覺(jué)得是:這杯水是“熱的”,而左手給你的覺(jué)得則是:這杯水是“冷的”。SLo物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

其實(shí),僅通過(guò)冷熱關(guān)系是難以精確描述體溫的。SLo物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

于是科學(xué)家不得不找出,不受外界影響的單位來(lái)客觀的描述氣溫這個(gè)數(shù)學(xué)量。SLo物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

攝氏度的出現(xiàn)在1742年,由美國(guó)天文學(xué)家安德斯·攝兒修斯提出的,經(jīng)過(guò)幾次改進(jìn)后。最終把1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,純凈的冷水混和物的氣溫定義為0攝氏度,水的沸點(diǎn)定義為100攝氏度。并把中間的氣溫差平均分為100份,每一份就是1攝氏度。SLo物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

開(kāi)爾文侯爵SLo物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

1848年,開(kāi)爾文侯爵發(fā)表了一篇名為《關(guān)于一種絕對(duì)溫標(biāo)》(OnanScale),在論文中提及了“絕對(duì)的冷”的概念作為溫標(biāo)的零點(diǎn)(0K),也就是絕對(duì)零度,并使用攝氏度作為單位增量。通過(guò)測(cè)算得到絕對(duì)零度等于-273攝氏度。SLo物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

1954年,第十屆全省計(jì)量會(huì)議(CGPM)把這個(gè)值訂為-273.15攝氏度,這個(gè)值就是宇宙中濕度的下限值。SLo物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

有人可能會(huì)問(wèn)了,為何體溫會(huì)有一個(gè)下限值,莫非不可能更“冷”了嗎?SLo物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

這時(shí)侯,我們?cè)賮?lái)了解一下體溫的本質(zhì)是哪些?SLo物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

剛才早已提及濕度是抒發(fā)物體冷熱程度的數(shù)學(xué)量,如今我們從微觀角度來(lái)看,氣溫是由物體分子熱運(yùn)動(dòng)形成的,分子熱運(yùn)動(dòng)越是劇烈,物體的氣溫就越高。濕度是物體分子間的平均動(dòng)能的表現(xiàn)(注意是平均動(dòng)能,而不是單個(gè)或多個(gè)分子,由于單個(gè)分子不存在室溫)SLo物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

沒(méi)錯(cuò),這時(shí)物體的氣溫就達(dá)到了絕對(duì)零度,SLo物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

在這個(gè)氣溫下,粒子的動(dòng)能和勢(shì)能都降到了零,內(nèi)能也為零,不與外界發(fā)生能量轉(zhuǎn)化和,包括電子都停止了運(yùn)動(dòng)。SLo物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

學(xué)過(guò)數(shù)學(xué)的應(yīng)當(dāng)都曉得,粒子是在永不停息的做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng),這就說(shuō)明了粒子永遠(yuǎn)不會(huì)停止運(yùn)動(dòng),這就意味著絕對(duì)零度只是一個(gè)理想值,現(xiàn)實(shí)中是難以達(dá)到的。SLo物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

還記得量子熱學(xué)中的不確定性嗎?就是說(shuō)粒子的位置和動(dòng)量是不可能被同時(shí)確定的,倘若粒子停止運(yùn)動(dòng)的話(huà),這么其位置和速率是一個(gè)確定的值了,這樣就把量子熱學(xué)給推翻了!SLo物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

目前科學(xué)家為了一次又一次的接近絕對(duì)零度,進(jìn)行了多次實(shí)驗(yàn),達(dá)到的氣溫早已和絕對(duì)零度的差別十分小了。其中比較知名的方式有以下:SLo物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

激光冷卻法SLo物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

這些方式最早是由哈佛學(xué)院的T.W.漢森等人提出的一種構(gòu)想,原理是使用多道激光將二氧化碳分子減速,因而減少分子的平均動(dòng)能。SLo物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

當(dāng)原子的量子態(tài)都匯聚成單一的量子態(tài)時(shí),會(huì)呈現(xiàn)出玻色-愛(ài)因斯坦匯聚。這個(gè)實(shí)驗(yàn)須要的高溫是1.7×10^-7K,1995年,埃里克·康奈爾和卡爾·威曼首次獲得了玻色-愛(ài)因斯坦匯聚。也就是說(shuō)她們成功創(chuàng)造出了1.7×10^-7K的高溫環(huán)境。SLo物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

而最新實(shí)驗(yàn)表明,人類(lèi)所創(chuàng)造出的最高溫已然達(dá)到了-273.。SLo物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

說(shuō)完了體溫的下限,我們?cè)賮?lái)看看,氣溫的上限。SLo物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

可能在你們的印象中,幾千攝氏度即使得上是低溫了,例如太陽(yáng)表面水溫5770k以上。這是哪些概念呢?到目前為止,還沒(méi)有任何物質(zhì)能否承受這個(gè)氣溫。SLo物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

而我國(guó)的第一個(gè)原子彈在爆燃中心氣溫就達(dá)到了5000萬(wàn)攝氏度,再來(lái)說(shuō)一下核彈的氣溫,據(jù)研究表明核彈可能會(huì)超過(guò)一億攝氏度!再初一點(diǎn),人類(lèi)使用小型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)使粒子互相碰撞創(chuàng)造出5萬(wàn)五千億攝氏度的低溫。SLo物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

以上所說(shuō)的氣溫可能在我們看來(lái)早已算得上高溫中的低溫了,然而如今要來(lái)說(shuō)一下宇宙最低溫。SLo物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

按照宇宙大爆燃假說(shuō),在138億年前,宇宙由一個(gè)奇點(diǎn)發(fā)生大爆燃,之后形成了宇宙最低溫,大概為1.417×1032開(kāi)爾文,也就是1.4億億億億開(kāi)爾文。這么高的氣溫只存在了一個(gè)普朗克時(shí)間(5.39×10???s。過(guò)后宇宙再也未能誕生出這個(gè)氣溫,于是普朗克濕度就成了體溫的上限值。SLo物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

最后我們來(lái)總結(jié)一下SLo物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

我們討論完氣溫會(huì)發(fā)覺(jué)氣溫是個(gè)可以深入研究的化學(xué)量,首先氣溫是有范圍的,絕對(duì)零度是氣溫的下限,它只是一個(gè)理論值,既不存在,也難以達(dá)到。氣溫最大值則是普朗克體溫,它只在宇宙大爆燃之初,存在了剎那間。未來(lái)宇宙上將再也不會(huì)出現(xiàn)這么高的水溫。SLo物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

室溫的本質(zhì)是物體分子熱運(yùn)動(dòng)的劇烈程度,宇宙中所有的粒子都在永不停歇的進(jìn)行著運(yùn)動(dòng)。雖然是宇宙背景幅射的氣溫也有3k。所以沒(méi)有了物質(zhì),也就不存在室溫這一說(shuō)。SLo物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

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