水的沸点100、凝固点0、密度是1,到底是人为规定,还是推断出来的?
这是分不清客观规律和主观认识的一个典型认知问题。
在我们这个世界蕴含着很多规律,这些规律是大自然本身天然存在的,人无法改变规律,也无法创造规律,只能够认识规律,利用规律改变自己的生活。
客观自然规律和人的主观认识的问题,是两码事。人们对客观规律的认识,有正确的真实的,也有错误的扭曲的。
比如对日月食的认识,这本来是由于太阳、地球、月亮运行到一条直线上,地月相互遮挡阳光导致的现象,科学认识到了这一点,就能够计算出什么时候再次发生日月食;而古代民间就认为这是神迹现象,什么天狗吞日、吃月等,是灾难象征。
这里面,日月食是自然规律,人的认识是对自然现象的主观反映。
人们对水的认识也是这样。
水的相变(在一定条件下物态发生变化)是客观自然规律,是不以人的意志为转移的。
水在温度适宜时,一般以液态存在;当冷到一定温度时,就会结冰,成为固态;但温度升高到一定程度时,就会沸腾,挥发成气态。
在不同的压力下,水的相变温度会发生变化。
那么对于水的温度,什么时候会结冰,什么时候会挥发,人们就要确定一个标准,让大家的认识统一起来,在讨论问题时能够说到一处去,否则就会形成相互都不知所云。
如在讨论水时,大家只知道结冰了,那么不结冰时这一段用什么来做刻度呢?就没法子了。
所以就要有一个统一的描述标准,这就是温标。
温标是人类对自然温度的一种标度,是主观意识的体现。
就像人们出生都会取一个名字,这并不改变人的性质,只是为了区分此人与彼人而已。
温标开始有更多种,是根据经验来定下的,因此对于水的冰点、沸点都有不同的表述。
古代有列氏温标、兰氏温标、华氏温标、摄氏温标等等,都是人类根据经验判断确定的水温标度,现在世界上还在使用的经验温标主要有摄氏度和华氏度。
这两种温度都是利用某种物质的物理量与温度变化关系,用实验方法加经验判断确定的。
华氏温度是1714年德国人华伦海特用水银为介质,根据水银体积随温度变化为依据制成了玻璃水银温度计,他规定水的沸腾温度为212度,氯化氨和冰的混合物为0度,在这两个固定点中间等分212等分,每1份为1度,记作℉。
这就是华氏温标,是以华伦海特名字头字母命名的。
1740年,瑞典人摄氏把冰点定为0度,把水的沸点定为100度,在这个两个固定点之间等距离分成100份,每1份为1度,记作1℃,这就是摄氏温标,以摄氏的名字命名。
兰氏温标和开氏温标也是这样来的,但温度标记更复杂,现在已经淘汰了,就不细说了。
这些经验温标都有一定的局限性和随意性,在不同地区和任意场合就很难适应。
开氏温标是现代科学的标准温标。
1848年,举世闻名的科学巨匠,大西洋海底电缆的创造者,电磁理论的开路先锋和热力学的奠基人之一,英国著名的数学家、物理学家、工程师威廉·汤姆逊·开尔文勋爵,创立了热力学温度,这就是现代温标的科学标尺~开氏温标。
这是一个纯理论温标,与温度物质属性无关,符号T,单位K(称开尔文,简称开)。
开氏温标是用理想气体来确立的,它的零点叫绝对零度,根据热力学中理想气体分子平均动能方程:Ek=ikT/2
得出:当温度达到绝对零度:T=0 K时,气体分子动能为零。这就是我们世界最低温度,是一个不可能达到的温度。
但开氏温标只有下限,没有上限。
为了适应人们已经形成的习惯,计算更方便,开氏温标每一度的刻度以摄氏度相等。
绝对零度0 K对应摄氏度-273.15℃;水的冰点摄氏度为0℃,对应开氏温度为273.15K;水的沸点100℃对应开氏度为373.15K,以此类推,不管升高多少度,开氏度都是比摄氏度多273.15度。
比如太阳表面温度约6000K,就是摄氏度约5726.85℃。不过在宇宙万度亿度高温表述中,这点标度差异基本可以忽略不计。
以上可以看出,自然温度是客观不变的,人们对温度的衡量是主观可变的。
开氏温标的出现,对世界温标具有重要的科学意义。
现在世界上所有的温标都以开氏温标为准,开氏温标是人类对自然界规律科学认识的一个标准,是国际单位制7个基本量之一。
摄氏度t与开氏度T的换算关系为:T(K)=273.15 t(℃)
而华氏度F与摄氏度t的换算关系为:℉=t(℃)x1.8 32
换算结果是100℃=212℉/0℃=32℉
因此,热力学温标与华氏温标换算关系为:K=(F-32)×5/9 273.15或F=(K-273.15)×9/5 32。
但不管怎样,水的物态变化是自然规律,人们对水在不同温度下相变规律认识,定下的刻度是主观的结果,这是人类对自然规律正确真实的反映。
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