温度

温度是表示物体冷热程度的物理量，微观上来讲是物体分子热运动的剧烈程度。温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量，而用来量度物体温度数值的标尺叫温标。它规定了温度的读数起点（零点）和测量温度的基本单位。温度理论上的高极点是“普朗克温度”，而理论上的低极点则是“绝对零度”。“普朗克温度”和“绝对零度”都是无法通过有限步骤达到的。目前国际上用得较多的温标有摄氏温标（°C）、华氏温标（°F）、热力学温标（K）和国际实用温标。

温度是物体内分子间平均动能的一种表现形式。值得注意的是，少数几个分子甚至是一个分子构成的系统，由于缺乏统计的数量要求，是没有温度的意义的。

温度出现在各种自然科学的领域中，包括物理、地质学、化学、大气科学及生物学等。像在物理中，二物体的热平衡是由其温度而决定，温度也会造成固体的热涨冷缩，温度也是热力学的重要参数之一。在地质学中，岩浆冷却后形成的火成岩是岩石的三种来源之一，在化学中，温度会影响反应速率及化学平衡。大气层中气体的温度是气温（atmospheric temperature），是气象学常用名词。它直接受日射所影响：日射越多，气温越高。

温度也会影响生物体内许多的反应，恒温动物会调节自身体温，若体温升高即为发热，是一种医学症状。生物体也会感觉温度的冷热，但感受到的温度受风寒效应影响，因此也会和周围风速有关。

## 计量

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使用当代科学温度计和温度标记法进行温度计量可以追溯到18世纪早期，加布里埃尔·华伦海特使用了奥勒·罗默发明的温度计（转换成了水银）和标记方式。华氏温标仍然在美国日常生活中使用。

使用温度计标定的温度可以通过温度换算转换为多种温度计量法。在当今世界大多数国家（除了伯利兹、缅甸、利比里亚和美国外），摄氏温标是最为广泛的计量法。大多数科学家使用摄氏温标，并在热力学温度上使用摄氏温标演化出来的热力学温标，其起始点0 = −273.15（绝对零度）。在美国，工程领域、高科技行业以及美国联邦规格（民用和军用）上也会使用热力学温标和摄氏温标。在美国的其他一些工程领域，针对诸如燃烧等热力学相关标准时也会使用兰金温标（对华氏温标的调整）。

### 单位

在国际单位制中，温度的最基本单位是开尔文，其符号为K。

在日常使用中，一般为了方便起见都会将其转换为摄氏温标，其中0接近水的冰点，100则为水在海拔0M的沸点。由于液态的水滴会出现在低于零度的云层中，因此0更好的定义是冰的融化点。在这种温标下，1摄氏度和1温度变化是一样的。

根据国际协议，热力学温标和摄氏温标都通过两个固定点定义：维也纳标准平均海水的绝对零度和三相点。绝对零度被定义为0及−273.15。在该温度下，所有经典分子运动都会停止，处于经典模型下的完全静止状态。在量子结构下，在绝对零度下仍然有运动和能量，被称为零点能量。物质处于其基态，不包含热能。水的三相点则被定义为和。

而美国广泛使用的华氏温标中，水的冰点为32 °F，沸点为212 °F。

#### 转换

下面的表格展示了各温标如何转换为摄氏温标。

从摄氏温标转换｜转换为摄氏温标

华氏温标｜°F = °C × 9 + 32｜°C = (°F − 32) × 5

热力学温标｜K = °C + 273.15｜°C = K − 273.15

兰金温标｜°R = (°C + 273.15) × 9｜°C = (°R − 491.67) × 5

德利尔温标｜°De = (100 − °C) × 3｜°C = 100 − °De × 2

牛顿温标｜°N = °C × 33｜°C = °N × 100

列氏温标｜°Ré = °C × 4｜°C = °Ré × 5

罗氏温标｜°Rø = °C × 21 + 7.5｜°C = (°Rø − 7.5) × 40

## 对自然的影响

温度对音速、空气密度、声阻抗有显著影响。

不同温度对音速、空气密度、声阻抗的影响。

温度（°C）｜音速（m/s）｜空气密度（kg/m³）｜声阻抗（s/m³）

−10｜325.4｜1.341｜436.5

−5｜328.5｜1.316｜432.4

0｜331.5｜1.293｜428.3

5｜334.5｜1.269｜424.5

10｜337.5｜1.247｜420.7

15｜340.5｜1.225｜417.0

20｜343.4｜1.204｜413.5

25｜346.3｜1.184｜410.0

30｜349.2｜1.164｜406.6

## 范例

温度｜黑体电磁辐射峰值辐射波长

开尔文｜摄氏度

绝对零度（严格按照定义）｜0 K｜−273.15 °C｜无

目前达到的最低温度｜100 pK｜−273.149 °C｜29,000 km

玻色–爱因斯坦凝聚最低温｜450 pK｜−273.149 °C｜6,400 km

1毫开（严格按照定义）｜0.001 K｜−273.149 °C｜m（广播，调频波段）

宇宙微波背景辐射｜2.7 K｜-270.45 °C｜1.063 mm（微波）

维也纳标准平均海水的三相点（严格按照定义）｜273.16 K｜0.01 °C｜10,608.3 nm（长波红外线）

水的沸点water｜373.1339 K｜99.9839 °C｜7,766.03 nm（中波红外线）

电灯泡incadescent｜2500 K｜≈2,200 °C｜1,160 nm（接近红外线）tungsten

氧炔焰｜3600 K｜≈3,300 °C｜可见光

太阳可见表面｜5,778 K｜5,505 °C｜501.5 nm（绿-蓝光）

闪电celsiuskelvin｜28 kK｜28,000 °C｜100 nm（远紫外线光）

太阳核心celsiuskelvin｜16 MK｜1600万 °C｜0.18 nm（X射线）

核武器（最高温度）celsiuskelvin｜350 MK｜3.5亿 °C｜8.3×10−3 nm（伽马射线）

桑迪亚国家实验室Z machinecelsiuskelvin｜2 GK｜20亿 °C｜1.4×10−3 nm（伽马射线）zmachine

大质量恒星最后一天的核心celsiuskelvin｜3 GK｜30亿 °C｜1×10−3 nm（伽马射线）

融合中的双中子星系统celsiuskelvin｜350 GK｜3500亿 °C｜8×10−6 nm（伽马射线）

相对论重离子对撞机celciuskelvin｜1 TK｜1兆 °C｜3×10−6 nm（伽马射线）

CERN质子-核碰撞celsiuskelvin｜10 TK｜10兆 °C｜3×10−7 nm（伽马射线）

宇宙在大爆炸之后5.391×10−44 scelsiuskelvin｜1.417×1032 K｜1.417×1032 °C｜1.616×10−26 nm（普朗克长度）

- water维也纳标准平均海水在一个标准大气压（101.325 kPa）下，根据热力学温度两点的定义。
- incandescent 2500 K值为约数，在热力学温标和摄氏温标之间273.15 K的差值被约为300 K，以避免摄氏度值的假精确问题。
- tungesten针对一个真正的黑体（钨灯丝并不是）。钨灯丝的辐射比短波要略长，因此看起来更白。
- 有效光球温度。在热力学温标和摄氏温标之间273.15 K的差值被约为273 K，以避免摄氏度值的假精确问题。
- celsiuskelvin在热力学温标和摄氏温标之间273.15 K的差值已经忽略不计。
- zmachine针对一个真正的黑体（等离子体并不是）。

## 测量

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由于温度会对体积、密度、声速、阻抗等物理量产生影响，因此可以通过测量这些物理量数值的变化来测量温度。目前温度测量的方法有数十种，按照测量原理可以分为以下几类：

- 膨胀测温法，是采用几何量(体积、长度)作为温度的标志。如水银温度计的测量范围大约是−30～300 °C，酒精温度计的测量范围大约是−115～110 °C。
- 电学测温法，是采用某些随温度变化的电阻等电学量作为温度的标志。电阻温度计多用于低于600 °C的场合，热电偶温度计测量范围一般在1600 °C以下，此外还有半导体热敏电阻温度计。
- 磁学测温法，是根据顺磁物质的磁化率与温度的关系来测量温度，常用在超低温（小于1 K）测量中。
- 声学测温法，采用声速作为温度标志（声速的平方与温度成正比）。主要用于低温下热力学温度的测定。
- 频率测温法，根据物体固有频率的变化来测量温度。石英晶体温度计的分辨率可达万分之一摄氏度。
- 光学测温法，是根据黑体辐射来测量温度。如红外线温度计。
- 密度测温法，如伽利略温度计。