國際單位制中的“攝氏度”

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國際單位制中的“攝氏度”

本刊資料室

1“攝氏溫度”已被重新定義

溫度的概念和溫度的測量幾百年來經歷了漫長的發展和完善，到目前為止，溫度被定為國際單位制[SI]中7個基本物理量之一，單位為“開爾文”，符號K.人們熟知的攝氏溫度的概念已不再是原來攝耳修斯 (Anders Celsius,1701～1744)所創建的“攝氏溫標”的溫度，目前已被重新定義.單位 “攝氏度，符號℃”，已被納入了國際單位[SI]制單位，并被定義為“攝氏度是開爾文用于表示攝氏溫度值的一個專門名稱”,意思是說在使用攝氏溫度值時,單位“開爾文”有個專門名稱，叫做“攝氏度”.

由于有關溫度概念、溫度測量完善和發展的問題是如此紛繁，在進行教學時(特別是在初中)的困難就可想而知了，很難說追求科學的精準和嚴密，只能采取通俗、模糊處理，但又應避免出現歪曲和錯誤. 為此特摘編如下一些資料供廣大教師同行參考，如有錯訛之處還望指正.

2國家標準中關于熱力學溫度和攝氏溫度的表述

攝氏溫度(Celsius temperature)/ 符號：t,θ；定義：t=T-T0，式中T0定義為等于273.15 K / 備注：熱力學溫度T0準確地比水的三相點熱力學溫度低 0.01 K /單位名稱：攝氏度(degree Celsius),符號：℃ ；定義：攝氏度是開爾文用于表示攝氏溫度值的一個專門名稱.

換算因數和備注:熱力學溫度和攝氏溫度的間隔或溫度差的單位是相同的.國際計量大會建議，這種溫度間隔或溫度差應該用開爾文(K)或攝氏度(℃)表示.其他名稱或符號，例如：“degre”，“deg”，“degree centigrade”，“degree”或“度”，均予以廢除.應當指出，在攝氏度符號 ℃ 之前應留一間隔(參閱 GB 3101的3.4)[1].

3熱力學溫度和國際溫標

溫度是一個既重要而又特殊的物理量,它是7個基本物理量之一，許多物理現象都與之密切相關，生產、生活、科學研究都離不開溫度的測量；溫度是一個內涵量(即強度量)，不是一個廣延量.溫度不能相加，一個溫度等于兩個溫度之和是沒有意義的，兩個溫度只有相等或不相等.長期以來，對溫度的測量與對其他物理量的測量不同，對其他物理量測量得到的結果是所測物理量單位的倍數(或分數)，而對溫度的測量只是做標志，即只是確定溫標上的位置而已.這種情況到1967年使用溫度單位開爾文以后有了變化，至此也就完成了溫度單位定義的現代化.

熱力學溫度是唯一能夠統一，而又能明確描述熱力學性質的溫度.1848年，英國科學家開爾文(William Thomson, Lord Kelvin,1824～1907)首先提出，將溫度數值與理想可逆熱機的效率相聯系，根據熱力學第二定律來定義溫度的數值.在此之前已出現了多種測溫工具和與之相對應的溫標，其中應用最為廣泛的就是我們所熟悉的攝氏溫度計和攝氏溫標(在歐美則流行華氏溫度計和華氏溫標)，這就是被人們稱之為的經驗溫標.經驗溫標的一個共同特點就是人為地規定了溫度的變化與測溫物質體積變化成線性關系.各種經驗溫標沒有統一的標準，同一種經驗溫標由于測溫物質不同也存在差異.顯然，這種受制于測溫物質性質的經驗溫標無法滿足科學技術日益發展的需要.熱力學溫度根據熱力學第二定律定義，與任何特定物質無關，是理想的溫度標準.

隨著科學技術的發展，國際交往日益頻繁，統一溫度量值勢在必行. 熱力學溫度是國際公認的最基本的溫度，一切溫度測量最終都可以熱力學溫度為準.但是，熱力學溫度是理想溫度，不可能直接測量.我們所能做的只是制定一套方案，依照這個方案，用實際溫度計來測定任何溫度，在數值上都非常逼近相應的熱力學溫度.這就是國際溫標(有的叫做國際實用溫標).建立國際溫標應包括3點：

(1)確定一系列定義固定點(相平衡態)，并賦予最佳的熱力學溫度值；

(2)指定內插儀器(基準溫度計)；

(3)確定不同范圍內的內插公式.建立國際溫標的原則是，定義簡單，易于復現，所測溫度值十分接近熱力學溫度值，并且，無論是測量范圍，還是測量精度都應滿足實際需要.

統一溫度量值的工作從19世紀就開始了.1887年國際計量局設計了國際標準溫標，以定容氫氣體溫度計為標準，它的量值通過玻璃水銀溫度計傳遞到各國.溫度范圍只有0～100 ℃，還不能說是真正的國際溫標.

第一個國際溫標是1927年第七屆國際計量大會通過的1927國際溫標ITS-27，確定了6個定義固定點、3個標準內插儀器和4個內插公式.后來不斷更新完善，1948年公布了1948國際溫標ITS-48,1954和1960年又兩次對ITS-48進行修改，最重要的是以水的三相點作為一個定義固定點代替冰點.經修改后叫做1948國際實用溫標IPTS-48.

1968年作了一次重大修改，以1968國際實用溫標IPTS-68代替IPTS-48.IPTS-68確定了13個定義固定點及指定溫度值，其中包括冰點273.15 K,0 ℃；水沸點373.15 K ,100 ℃.這次改變了溫度值，擴大了溫度范圍，使之更接近熱力學溫標.IPTS-68于1975年和1978年又進行了兩次補充修正.

現行的1990國際溫標ITS-90，是國際計量委員會根據1987年第十八屆國際計量大會第七號決議的要求，于1989年通過的，定義固定點17個，較IPTS-68有較大的變化.其中包括取消了IPTS-68定義固定點中的水沸點，保留了水的三相點.對于常用的玻璃液體溫度計來說ITS-90與IPTS-68相比除冰點沒有變化外，其余各點溫度變化的最小差值的絕對值為0.002 ℃，最大差值絕對值為0.115 ℃，水沸點差值為 “-0.026 ℃”[2].

4小結

作為基礎教育教師對有關專業知識可能難于了解其詳，但是有幾點我們應該清楚，其中包括：

(1)現在所說的“攝氏度(degree Celsius)”屬于國際單位制單位,而且只能叫做“攝氏度(degree Celsius)”(符號為 “℃”)不可簡稱為“度”或別的什么.攝氏溫度的現行定義是t=T-T0, 其中T0定義為等于273.15 K.過去的由兩個定點，冰點0 ℃和水沸點100 ℃，并其間等分100等份定義的“攝氏溫標”,以及其他經驗溫標(包括“絕對溫標”)已成為歷史.

(3)現行的1990國際溫標ITS-90的定義固定點包括水的三相點273.16 K,0.01 ℃，依此冰點273.15 K,0 ℃沒有變化；取消了水沸點作為定義固定點(據筆者所見,常用的液體溫度計的制作廠商仍以冰水混合物的溫度值,即冰點273.15 K,0 ℃作為刻度的定點之一,水沸點不再使用,其他刻度定點是用加熱的油,其溫度值根據標準溫度計確定),水沸點的準確值不再是373.15 K ,100 ℃(其差值為“-0.026 ℃”),而是373.124 K ,99.974 ℃，然而在日常生活中這是完全可以忽略的，只是作為教師我們應當清楚其來龍去脈.

參 考 文 獻

1國家標準GB3100～3102-93《量和單位》

2國家技術監督局計量司.1990國際溫標宣貫手冊

短文薈萃