温度是什么?-微粒的热运动

2022-03-04 17:55:3004:31 351
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如果我们是拥有宇宙的视角,那地球这颗行星对我们来说就是安静的,我们从宇宙的角度能观察到地球的变化需要上亿年的时间,但其实,地球上的人类文明正发生着剧烈的冲突和变化。


我们回到人类的视角,我们看到平静的湖水,幽深的远山,躺在泥土里的树叶,它们也都是安静的,然而,看似不动的山石和湖水,真的是安静的吗?


如果我们变身成为一颗置身在水中的小小尘埃,这时候,你就会发现,在宏观世界看到平静的一杯水,组成它的水分子们正像粗糙的瓦砾拥挤在一起,你推我桑,仿佛大广场里拥挤的人群,熙熙攘攘,没有一刻静止。人体的神经系统感知到这种无序又拥挤的运动,大脑和神经系统把它解析为冷热,我们称它为热运动。而此时置身在水分子中的小小尘埃,正经受来自四面八方水分子的挤压冲撞,不得不随着杂乱无序的人流无规则的游走。而这个现象被成为布朗运动。


我们会观察到,温度上升,这样的运动就会更加剧烈,而温度下降,拥挤的水分子们就会变得安静一点,运动的缓慢一些。


听到这里,你理解了温度的本质是什么吗?没错,温度不是计量工具上的数字,而是我们度量一大群分子或原子热运动的剧烈程度。单个粒子的运动不能体现温度,温度和处于一个系统里的大量粒子的动能平均值成正比。


然后,我们把冰水混合物的温度规定为0℃,把一个标准大气压下水沸腾的温度规定为100℃,从0℃到100摄氏度之间平均分成100等分,于是我们有了温度数据的计量。


有了温度的概念,我们就可以理解,为什么当所有物质分子停止运动的时候,我们称其处于绝对零度,也就是-273℃,这是宇宙温度的下限。


接近绝对零度的时候,分子包含的能量都极其微小,此时物体会被内聚力压成一块坚固的固体,所有的粒子都只能在这种几乎静止凝固的状态下微弱的颤抖。


但随着能量的增加,温度的上升,让这样的振动变得剧烈,最终微粒获得一定的自由度,脱离晶格,进行滑动,凝结的固体变成液体。


当能量足够,温度足够时,最终粒子们冲破束缚,四散分开,物质就变成气态。


现在,当我们看到温度计量仪器的数字,我们应该不会仅仅想到冷热的感觉,我们开始用它理解物体内部的粒子的运动状态。


比如,在低于-259℃的时候,氢分子手拉手老老实实待在座位上,于是我们看到固态氢,只要超过这个温度,氢分子就不再老实,开始四散游移,不愧是世界上最活泼的物质。


而有些同学,比如铁,就像它的名字,有钢铁般的耐力,我们要把温度提高到1535℃,才能让它开始滑动。


这就是温度。此刻,坐在椅子上安静听我讲这一章内容的你,你的身体其实一点也不安静,不是吗?


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