我國南方地區通常到了1月份氣溫在零下5到10℃左右甚至更低,而北方有些地區氣溫似乎相對較高,通常應當是在零上5℃到10℃左右。
氣溫的變化也是校服厚薄的變化,氣溫在生活中也是一個重要的穿衣參數。月球上所有的生物對于氣溫都有一個適應機制,氣溫假如過低或則過高就會對生物本身形成一定的影響。
而目前人類在面臨著全球變暖帶來的氣溫上升,預計到了2100年,全球平均溫度將上升1.4~5.8攝氏度左右!氣溫的上升和增長對于全球來說都是一個不好的現象。
回過頭,我們再來討論氣溫這個概念。
我們都曉得氣溫是表示物體冷熱程度的一個數學量,而我們對氣溫的理解也是冷和熱兩個概念。它對生物體也有著不可忽略的作用。
生物體包括人在內,對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。
當環境氣溫高于一個臨界值,會造成生物代謝衰弱,蛋白質合成遇阻,脫水變性。
低溫則會破壞酶的活性,夏季沒有胃口就是由于胃蛋白酶的活性很低,造成消化減弱。同時就會導致缺氧以及神經系統麻痹等病癥。
人的正常體溫是37度左右,發燒發高熱時溫度會上升到40攝氏度物體分子熱運動的劇烈程度,雖然是三度的差別,也足以對身體導致惡劣的傷害,可見人類有多么的脆弱。
不僅氣溫對生物體的影響,在其他方面也是不可忽視的誘因之一。
例如數學和物理中也有著非常的意義,數學中濕度是粒子運動的直接彰顯,而在物理中不同水溫下的物體是有著不一樣的狀態。
室溫計的原理就是熱脹冷縮物體分子熱運動的劇烈程度,當氣溫下降時,氣溫計內的物質都會膨脹,容積減小。體溫降出來,容積又會降低。
宏觀上來講,氣溫抒發的是物體的冷熱程度,這也是人們對氣溫的最直觀的抒發。
然而對于人來說,冷和熱都是相對的,用冷熱程度來形容其實不合理。
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,同時裝入20度的水底,這時,你會發覺,右手給你的覺得是:這杯水是“熱的”,而左手給你的覺得則是:這杯水是“冷的”。
其實,僅通過冷熱關系是難以精確描述體溫的。
于是科學家不得不找出,不受外界影響的單位來客觀的描述氣溫這個數學量。
攝氏度的出現在1742年,由美國天文學家安德斯·攝兒修斯提出的,經過幾次改進后。最終把1個標準大氣壓下,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。
開爾文侯爵
1848年,開爾文侯爵發表了一篇名為《關于一種絕對溫標》(OnanScale),在論文中提及了“絕對的冷”的概念作為溫標的零點(0K),也就是絕對零度,并使用攝氏度作為單位增量。通過測算得到絕對零度等于-273攝氏度。
1954年,第十屆全省計量會議(CGPM)把這個值訂為-273.15攝氏度,這個值就是宇宙中濕度的下限值。
有人可能會問了,為何體溫會有一個下限值,莫非不可能更“冷”了嗎?
這時侯,我們再來了解一下體溫的本質是哪些?
剛才早已提及濕度是抒發物體冷熱程度的數學量,如今我們從微觀角度來看,氣溫是由物體分子熱運動形成的,分子熱運動越是劇烈,物體的氣溫就越高。濕度是物體分子間的平均動能的表現(注意是平均動能,而不是單個或多個分子,由于單個分子不存在室溫)
沒錯,這時物體的氣溫就達到了絕對零度,
在這個氣溫下,粒子的動能和勢能都降到了零,內能也為零,不與外界發生能量轉化和,包括電子都停止了運動。
學過數學的應當都曉得,粒子是在永不停息的做無規則運動,這就說明了粒子永遠不會停止運動,這就意味著絕對零度只是一個理想值,現實中是難以達到的。
還記得量子熱學中的不確定性嗎?就是說粒子的位置和動量是不可能被同時確定的,倘若粒子停止運動的話,這么其位置和速率是一個確定的值了,這樣就把量子熱學給推翻了!
目前科學家為了一次又一次的接近絕對零度,進行了多次實驗,達到的氣溫早已和絕對零度的差別十分小了。其中比較知名的方式有以下:
激光冷卻法
這些方式最早是由哈佛學院的T.W.漢森等人提出的一種構想,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能。
當原子的量子態都匯聚成單一的量子態時,會呈現出玻色-愛因斯坦匯聚。這個實驗須要的高溫是1.7×10^-7K,1995年,埃里克·康奈爾和卡爾·威曼首次獲得了玻色-愛因斯坦匯聚。也就是說她們成功創造出了1.7×10^-7K的高溫環境。
而最新實驗表明,人類所創造出的最高溫已然達到了-273.。
說完了體溫的下限,我們再來看看,氣溫的上限。
可能在你們的印象中,幾千攝氏度即使得上是低溫了,例如太陽表面水溫5770k以上。這是哪些概念呢?到目前為止,還沒有任何物質能否承受這個氣溫。
而我國的第一個原子彈在爆燃中心氣溫就達到了5000萬攝氏度,再來說一下核彈的氣溫,據研究表明核彈可能會超過一億攝氏度!再初一點,人類使用小型強子對撞機使粒子互相碰撞創造出5萬五千億攝氏度的低溫。
以上所說的氣溫可能在我們看來早已算得上高溫中的低溫了,然而如今要來說一下宇宙最低溫。
按照宇宙大爆燃假說,在138億年前,宇宙由一個奇點發生大爆燃,之后形成了宇宙最低溫,大概為1.417×1032開爾文,也就是1.4億億億億開爾文。這么高的氣溫只存在了一個普朗克時間(5.39×10???s。過后宇宙再也未能誕生出這個氣溫,于是普朗克濕度就成了體溫的上限值。
最后我們來總結一下
我們討論完氣溫會發覺氣溫是個可以深入研究的化學量,首先氣溫是有范圍的,絕對零度是氣溫的下限,它只是一個理論值,既不存在,也難以達到。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。未來宇宙上將再也不會出現這么高的水溫。
室溫的本質是物體分子熱運動的劇烈程度,宇宙中所有的粒子都在永不停歇的進行著運動。雖然是宇宙背景幅射的氣溫也有3k。所以沒有了物質,也就不存在室溫這一說。