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自然界中温度的变化范围有多大  

2015-09-26 05:29:18|  分类: 物理 |  标签: |举报 |字号 订阅

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自然界中温度的变化范围有多大   

2014-04-10 22:10:52|  分类: 百科知识

 

自然界中温度的变化范围有多大

  正常人的体温大约是36.5℃(腋下温度),人在生病时体温会有较大变化,但一般说来不会超出35℃~42℃的范围,因此体温计的测量范围就是35℃~42℃(34℃~43℃)。鸟类和哺乳动物都属于恒温动物,一般说鸟类的体温较高而哺乳动物的体温较低,但总的说来都在40℃上下,与人类的体温差别不很大,这是因为它们跟我们人类都生活在同一个星球上,处在大体相同的环境中的缘故。

  我们都生活在地球表面,地球上不同的地方、不同的时间里温度的差异和变化是很大的,炎热夏季的沙漠,温度可高达60℃以上,而在南极的内陆,人们已经测到-88。3℃的低温。对于人类来说,温度的差值不能说不大,但从物理学的观点看,地球表面气温的变化范围并不算大,充其量不会超过200℃。

  月球表面的条件要恶劣得多,由于没有空气的调节,太阳照射处的温度很快升高,最高可达135℃,而背对太阳时,温度又很快下降,可降至-160℃。太阳系的其他行星同样不适宜人类的生存,内行星(金星和水星)离太阳太近,温度太高(飞船降落在金星表面,

  测得最高温度超过440℃,而水星探测器已探测出水星面向太阳的一面温度也高达400℃以上);那些离太阳遥远的外行星(木星、土星、天王星等),表面则过于寒冷,例如木星表面温度约是-140℃。只有火星与地球表面情况最为相似,但与地球相比条件还是恶劣得多,1976年在火星表面着陆的太空船上的气象站测出的着陆点的温度,昼夜变化范围为-85℃~30℃。火星表面没有水,大气中没有氧气,因此直到目前还没有在火星上发现生命的迹象。

  再回过头来说说我们的地球。从地壳的恒温层往下,大约每100m温度升高3℃左右,穿透地壳就是炽热的岩浆(称为地慢),温度约在1100℃~1300℃。地球的中心部分称为地核,其温度为2000℃~5000℃。从地表往上10km~12km的对流层内,大约以65℃/km的速率降温。在对流层顶往上至50km左右称为平流层,温度随高度的上升而上升,再往上至80km左右是中间层,这里温度随高度的上升而下降。从80km到500km左右称为热层,这一层的温度很高,而且昼夜变化很大。再往上是电离层,电离层的顶部是大气层中温度最高的区域,可达2200℃左右。尽管分子的平均动能很大,但这里气体已经非常稀薄,在宇宙飞船经过时,完全不会对飞船产生伤害。再往上空气更为稀薄,温度又很快降低。大气层外就是真正的宇宙空间,那里的温度约为-270℃左右,或说大约为3K。

  恒星是发光的星体,它们的温度一般都很高。我们的太阳在恒星的大家族里,无论从哪个方面说(质量、体积,表面温度、发光强度等等),都只能算是中等偏下。太阳的表面温度约为6000K,至于其他恒星,表面温度达到几万开以至更高的,比比皆是。

  使用人工方法在局部获得高温已不是难事。一般火焰的温度约为1000℃左右,白炽灯泡灯丝发光时的温度可以达到2000℃左右,使用氢氧吹管进行焊接时火焰的温度可达4000℃,原子弹爆炸时中心温度可超过几百万摄氏度,而氢弹爆炸时的温度则更高,能达到108K。这是目前为止用人工方法所能获得的最高温度。恒星内部发生的就是这类核聚变反应,恒星内部的温度比起人工获得的高温要高得多。

  综上所述,宇宙中的温度范围大约在3K~108K。用人工的方法获取超低温的努力早已开始。利用气体液化后节流膨胀和绝热膨胀可以得到4。2K的低温,利用抽气加速液体的蒸发还可以获得更低的温度。如果用的液体是氦,则温度可达到10-3K。利用顺磁质绝热退磁,可以使温度进一步降低到10-5K。1979年赫尔辛基工业大学一个实验小组使用两级核绝热去磁法,得到了5*10-8K的低温,而到1989年,芬兰学者哈科宁和来自我国四川大学的学者殷实又共同创造了2*10-9的低温记录,距离绝对零度只差五亿分之一开了。技术不断进步,人类向绝对零度的逼近过程还会继续,但不可能真正达到0K的极限。

   那么,有没有负热力学温度呢?回答是肯定的,但是负的热力学温度并不是比0K更低的温度,而是比现有的高温度(+∞)更高的温度。用一条数轴来表示实数,向右为正、向左为负,向右无限延伸是+∞,向左无限延伸是-∞,而+∞和-∞是衔接的。+∞和-∞相衔接的问题在初中物理中至少遇到过两次。一次是讲磁场的磁感线时,所有的磁感线都是闭合的曲线,其中条形磁铁过中轴线的磁感线是一条直线,无限向左、向右延伸,这条磁感线就是在无穷远处连接在一起的;另一次是在讲凸透镜成像规律时,使一个物体沿主光轴从远处向凸透镜逐渐移近,物体成实像,像距逐渐变大,直至无穷远,当物体越过焦点处,实像即变为虚像,而且像距是从无穷远逐渐变近的,在物体经过透镜的焦点前后,物距的变化是连续的,像距的变化也应该是连续的,这就说明了像距的+∞和-∞是连接在一起的。如果用“物体的冷热程度”或“分子平均平动动能的标志”来理解温度,对负热力学温度是很难理解的,其实,温度还反映系统微观无序度随系统能量变化的情况,在后面我们讲到“熵”的概念时再进一步谈这个问题。

 

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