热力学温标

温标的基本概念

温标是规定温度读数零点与分度间隔的数值表示方法。一个温标需要两个要素：固定点（定义零点或参考温度）和分度方法（定义单位间隔）。历史上不同温标选取了不同的固定点和分度数，因此同一物理温度在不同温标下读数不同。

经验温标的历史分度

华氏温标（°F）于1714年提出，以水的冰点32 °F和沸点212 °F为固定点，两点之间等分为180个分度。摄氏温标（°C）于1742年提出，最初以冰点为100度、沸点为0度，次年颠倒为冰点0度、沸点100度，两点之间等分为100个分度。列氏温标（°R'）于1731年提出，以冰点0度、沸点80度，依据酒精体积膨胀比例分度。这些温标的分度间隔不同，但都依赖水的冰点和沸点作为固定点。

热力学温标与开尔文

热力学温标由开尔文于1848年首先提出，符号为 $T$，单位为开尔文（K），是目前国际标准单位。其零点为绝对零度，是宇宙温度的理论下限；此时物体系统趋于基态，仍可能存在量子零点运动。分度方法为：将绝对零度到水的三相点之间的温度等分为273.16份，每一份为1 K。

水的三相点

三相点指物质气、液、固三相共存时的温度和压强数值。水的三相点为0.01 °C（273.16 K）及610.75 Pa。注意：水的三相点与标准大气压下冰水混合物的温度（摄氏温标零点）相差0.01 K。因此，摄氏温标的零点0 °C对应273.15 K，而热力学温标定义点273.16 K对应0.01 °C。

兰金温标

兰金温标（°R）在美国工程界使用，起点为绝对零度，冰点491.67 °R，沸点671.67 °R，两点之间分180等分，与华氏温标的分度间隔相同。

温标换算关系

摄氏、华氏、开尔文在关键温度点的对应关系为：冰点0 °C = 32 °F = 273.15 K；室温20 °C = 68 °F = 293.15 K；人体体温36.6 °C = 97.88 °F = 309.75 K；沸点100 °C = 212 °F = 373.15 K。由这些对应点可导出线性换算关系：$T(\text{K})=t(\text{°C})+273.15$，$t(\text{°F})=1.8t(\text{°C})+32$。

绝对零度边界

绝对零度是热力学温标的零点，对应0 K，是理论上的温度下限。在绝对零度极限，系统趋于基态；量子零点运动仍可能存在，不能断言所有粒子动能为零。实际测量中无法达到绝对零度，只能无限接近。

课件以水三相点273.16 K及约610.75 Pa说明历史分度方法，压力是课件历史近似值；不能把水三相点当作当前SI开尔文的定义。现行开尔文由固定玻尔兹曼常数定义，水三相点仍是实际温标的重要固定点。