溫度

溫度是表示物體冷熱程度的物理量，微觀上來講是物體分子熱運動的劇烈程度。溫度只能通過物體隨溫度變化的某些特性來間接測量，而用來量度物體溫度數值的標尺叫溫標。它規定了溫度的讀數起點（零點）和測量溫度的基本單位。溫度理論上的高極點是「普朗克溫度」，而理論上的低極點則是「絕對零度」。「普朗克溫度」和「絕對零度」都是無法通過有限步驟達到的。目前國際上用得較多的溫標有攝氏溫標（°C）、華氏溫標（°F）、熱力學溫標（K）和國際實用溫標。

溫度是物體內分子間平均動能的一種表現形式。值得注意的是，少數幾個分子甚至是一個分子構成的系統，由於缺乏統計的數量要求，是沒有溫度的意義的。

溫度出現在各種自然科學的領域中，包括物理、地質學、化學、大氣科學及生物學等。像在物理中，二物體的熱平衡是由其溫度而決定，溫度也會造成固體的熱漲冷縮，溫度也是熱力學的重要參數之一。在地質學中，岩漿冷卻後形成的火成岩是岩石的三種來源之一，在化學中，溫度會影響反應速率及化學平衡。大氣層中氣體的溫度是氣溫（atmospheric temperature），是氣象學常用名詞。它直接受日射所影響：日射越多，氣溫越高。

溫度也會影響生物體內許多的反應，恆溫動物會調節自身體溫，若體溫升高即為發熱，是一種醫學症狀。生物體也會感覺溫度的冷熱，但感受到的溫度受風寒效應影響，因此也會和周圍風速有關。

## 計量

使用當代科學溫度計和溫度標記法進行溫度計量可以追溯到18世紀早期，加布里埃爾·華倫海特使用了奧勒·羅默發明的溫度計（轉換成了水銀）和標記方式。華氏溫標仍然在美國日常生活中使用。

使用溫度計標定的溫度可以通過溫度換算轉換為多種溫度計量法。在當今世界大多數國家（除了貝里斯、緬甸、賴比瑞亞和美國外），攝氏溫標是最為廣泛的計量法。大多數科學家使用攝氏溫標，並在熱力學溫度上使用攝氏溫標演化出來的熱力學溫標，其起始點0 = −273.15（絕對零度）。在美國，工程領域、高科技行業以及美國聯邦規格（民用和軍用）上也會使用熱力學溫標和攝氏溫標。在美國的其他一些工程領域，針對諸如燃燒等熱力學相關標準時也會使用蘭金溫標（對華氏溫標的調整）。

### 單位

在國際單位制中，溫度的最基本單位是開爾文，其符號為K。

在日常使用中，一般為了方便起見都會將其轉換為攝氏溫標，其中0接近水的冰點，100則為水在海拔0M的沸點。由於液態的水滴會出現在低於零度的雲層中，因此0更好的定義是冰的融化點。在這種溫標下，1攝氏度和1溫度變化是一樣的。

根據國際協議，熱力學溫標和攝氏溫標都通過兩個固定點定義：維也納標準平均海水的絕對零度和三相點。絕對零度被定義為0及−273.15。在該溫度下，所有經典分子運動都會停止，處於經典模型下的完全靜止狀態。在量子結構下，在絕對零度下仍然有運動和能量，被稱為零點能量。物質處於其基態，不包含熱能。水的三相點則被定義為和。

而美國廣泛使用的華氏溫標中，水的冰點為32 °F，沸點為212 °F。

#### 轉換

下面的表格展示了各溫標如何轉換為攝氏溫標。

從攝氏溫標轉換｜轉換為攝氏溫標

華氏溫標｜°F = °C × 9 + 32｜°C = (°F − 32) × 5

熱力學溫標｜K = °C + 273.15｜°C = K − 273.15

蘭金溫標｜°R = (°C + 273.15) × 9｜°C = (°R − 491.67) × 5

德利爾溫標｜°De = (100 − °C) × 3｜°C = 100 − °De × 2

牛頓溫標｜°N = °C × 33｜°C = °N × 100

列氏溫標｜°Ré = °C × 4｜°C = °Ré × 5

羅氏溫標｜°Rø = °C × 21 + 7.5｜°C = (°Rø − 7.5) × 40

## 對自然的影響

溫度對音速、空氣密度、聲阻抗有顯著影響。

不同溫度對音速、空氣密度、聲阻抗的影響。

溫度（°C）｜音速（m/s）｜空氣密度（kg/m³）｜聲阻抗（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

## 範例

溫度｜黑體電磁輻射峰值輻射波長

開爾文｜攝氏度

絕對零度（嚴格按照定義）｜0 K｜−273.15 °C｜無

目前達到的最低溫度｜100 pK｜−273.149 °C｜29,000 km

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

1毫開（嚴格按照定義）｜0.001 K｜−273.149 °C｜m（廣播，調頻波段）

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

維也納標準平均海水的三相點（嚴格按照定義）｜273.16 K｜0.01 °C｜10,608.3 nm（長波紅外線）

水的沸點water｜373.1339 K｜99.9839 °C｜7,766.03 nm（中波紅外線）

電燈泡incadescent｜2500 K｜≈2,200 °C｜1,160 nm（接近紅外線）tungsten

氧炔焰｜3600 K｜≈3,300 °C｜可見光

太陽可見表面｜5,778 K｜5,505 °C｜501.5 nm（綠-藍光）

閃電celsiuskelvin｜28 kK｜28,000 °C｜100 nm（遠紫外線光）

太陽核心celsiuskelvin｜16 MK｜1600萬 °C｜0.18 nm（X射線）

核武器（最高溫度）celsiuskelvin｜350 MK｜3.5億 °C｜8.3×10−3 nm（伽馬射線）

桑迪亞國家實驗室Z machinecelsiuskelvin｜2 GK｜20億 °C｜1.4×10−3 nm（伽馬射線）zmachine

大質量恆星最後一天的核心celsiuskelvin｜3 GK｜30億 °C｜1×10−3 nm（伽馬射線）

融合中的雙中子星系統celsiuskelvin｜350 GK｜3500億 °C｜8×10−6 nm（伽馬射線）

相對論重離子對撞機celciuskelvin｜1 TK｜1兆 °C｜3×10−6 nm（伽馬射線）

CERN質子-核碰撞celsiuskelvin｜10 TK｜10兆 °C｜3×10−7 nm（伽馬射線）

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

- water維也納標準平均海水在一個標準大氣壓（101.325 kPa）下，根據熱力學溫度兩點的定義。
- incandescent 2500 K值為約數，在熱力學溫標和攝氏溫標之間273.15 K的差值被約為300 K，以避免攝氏度值的假精確問題。
- tungesten針對一個真正的黑體（鎢燈絲並不是）。鎢燈絲的輻射比短波要略長，因此看起來更白。
- 有效光球溫度。在熱力學溫標和攝氏溫標之間273.15 K的差值被約為273 K，以避免攝氏度值的假精確問題。
- celsiuskelvin在熱力學溫標和攝氏溫標之間273.15 K的差值已經忽略不計。
- zmachine針對一個真正的黑體（等離子體並不是）。

## 測量

由於溫度會對體積、密度、聲速、阻抗等物理量產生影響，因此可以通過測量這些物理量數值的變化來測量溫度。目前溫度測量的方法有數十種，按照測量原理可以分為以下幾類：

- 膨脹測溫法，是採用幾何量(體積、長度)作為溫度的標誌。如水銀溫度計的測量範圍大約是−30～300 °C，酒精溫度計的測量範圍大約是−115～110 °C。
- 電學測溫法，是採用某些隨溫度變化的電阻等電學量作為溫度的標誌。電阻溫度計多用於低於600 °C的場合，熱電偶溫度計測量範圍一般在1600 °C以下，此外還有半導體熱敏電阻溫度計。
- 磁學測溫法，是根據順磁物質的磁化率與溫度的關係來測量溫度，常用在超低溫（小於1 K）測量中。
- 聲學測溫法，採用聲速作為溫度標誌（聲速的平方與溫度成正比）。主要用於低溫下熱力學溫度的測定。
- 頻率測溫法，根據物體固有頻率的變化來測量溫度。石英晶體溫度計的解析度可達萬分之一攝氏度。
- 光學測溫法，是根據黑體輻射來測量溫度。如紅外線溫度計。
- 密度測溫法，如伽利略溫度計。