維基百科： Temperature + 知乎（轉(zhuǎn)載）

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什么是溫度？ 維基百科的定義是：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(yùn)動的劇烈程度。 把這句話拆成前半句和后半句分開解釋好了。

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前半句很好理解，一個(gè)東西，用手摸過去，溫度高的熱，溫度低的冷。很直觀。但是你可能會進(jìn)一步問，為什么會感覺冷，為什么會感覺熱？ 具體的人體對溫度的感知，我記得知乎貌似有其它問題，解釋的挺好。簡單來說，所謂冷的東西，就是會從人體吸收熱量的狀態(tài)；熱的東西，則是會將熱量傳遞給人體。 看起來還是很直接很廢話是不是，但為了解釋這么一句話，其實(shí)需要好幾個(gè)熱力學(xué)的理論： 1.什么是熱量？ 2.熱量在什么情況下會傳導(dǎo)？ 先討論第二個(gè)問題。這里就要祭出大名鼎鼎的熱力學(xué)第二定律： 維基百科 熱力學(xué)第二定律 開爾文表示（熱力學(xué)每一條定律都有好多等價(jià)的表達(dá)，感興趣的可以去看百科）：不可能把熱量從低溫物體傳遞到高溫物體而不產(chǎn)生其他影響。 等等，怎么又回到對溫度的定義上來了…… 熱力學(xué)第二定律所描述的，是一種熱力學(xué)上的不可逆過程（即熵增大原理）。我們把這句話換個(gè)肯定的表達(dá)方式：在沒有其他影響的情況下（其它影響的典型例子：空調(diào)），熱量只能從高溫物體傳導(dǎo)到低溫物體。 問題2解決~雖然現(xiàn)在的邏輯是這樣的： 你感覺到物體比你的手熱==熱量從物體傳導(dǎo)到了你手上==物體比你的手熱。 ╮(╯_╰)╭ 遺憾的是，從熱力學(xué)的角度，熱力學(xué)第二定律是經(jīng)驗(yàn)定律，無法解釋和證明。 好在我們有統(tǒng)計(jì)力學(xué)。 對于第二個(gè)問題的討論先放一放。我們來看看第一個(gè)問題：什么是熱量？ 維基百科 Heat （中文的已經(jīng)不能看了……）：熱量是不同于做功或是物質(zhì)轉(zhuǎn)移之外的，一種能量的轉(zhuǎn)移。 深入的討論的話，這里又有一堆細(xì)節(jié)可以說了。 能量是什么？物體對外做功的能力。比如我們說一個(gè)人有正能量，就是說他能對外做很多功（大誤）。 能量要如何轉(zhuǎn)移呢？這句話說的很清楚。1）做功。我打你一拳，我就給了你一大坨能量；2）物質(zhì)轉(zhuǎn)移。你吃了一斤肉，除了長胖之外也獲得了大量的能量（嚴(yán)格來說，這里不能考慮消化吸收的過程，不過暫時(shí)就不討論這個(gè)了）；3）熱量。你玩了一個(gè)晚上的小米，獲得了大量的熱量。 需要注意的一點(diǎn)是：熱量是能量的【轉(zhuǎn)移】，它是一個(gè)過程量，不是一個(gè)狀態(tài)量。什么意思呢？請跟我做下面幾個(gè)判斷正誤： A. 某物質(zhì)溫度高，所以它的能量高。 B. 某物質(zhì)溫度高，所以它的熱量高。 C. 某物質(zhì)溫度高，所以它與低溫物體接觸時(shí)，傳輸?shù)哪芰扛摺?D. 某物質(zhì)溫度高，所以它與低溫物體接觸時(shí)，傳輸?shù)臒崃扛摺?在不咬文嚼字的前提下，四句話里面，唯一錯(cuò)誤的是B。 不是狀態(tài)量的意思就是，”一個(gè)物體的熱量“這種說法是不存在的。這也是日常口語中很容易犯的一個(gè)錯(cuò)誤。 但是，我們可以說物體得到了多少熱量，溫度變化了多少。 Q=CvT. 熱量=熱容x溫度變化。 親愛的小朋友們，你們記住了嗎？

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接下來說說微觀的定義：物體分子熱運(yùn)動的劇烈程度。 熱運(yùn)動是什么？ 簡而言之，圍觀尺度上的，無規(guī)則的運(yùn)動。 比如一滴墨水在清水里面的擴(kuò)散，在不考慮重力的情況下，就是一種熱運(yùn)動的表現(xiàn)形式。而溫度越高，擴(kuò)散的越快，也就是熱運(yùn)動越劇烈（為了理解溫度的定義，請把這句話的推導(dǎo)倒過來）； 而溪水的流動，空氣的流動（也就是風(fēng)），則不屬于這一類。 為什么會熱運(yùn)動？ 因?yàn)榉肿佑心芰俊Ｒ话銇碚f，能量就分兩種，一種是勢能，一種是動能。 勢能，諸如重力勢能mgh，跟所在的場是有關(guān)系的，脫離了場（比如太空中）就可以不予考慮。 （順便說一句，勢能的零點(diǎn)是不好確定的，比如你在遙遠(yuǎn)的太空的重力勢能究竟應(yīng)該是0呢，還是mgh從0積分到無窮呢。） 動能，1/2mv^2，也都耳熟能詳是不是。 好了，接下來是動力學(xué)，或者說統(tǒng)計(jì)力學(xué)入門（憑回憶手打，可能有誤）： 我們說，分子都是有動能的。 分子有沒有可能沒有動能呢？有可能。溫度越低，動能越小。這個(gè)極限，就在絕對零度。 所以你可以理解為什么有-273.15℃這個(gè)數(shù)字存在了。實(shí)驗(yàn)和理論都給出了這個(gè)數(shù)字。在這個(gè)溫度下，分子的熱運(yùn)動停止了，動能為0。絕對零度的完美晶體，熵亦為0. （要不要解釋一下熵……算了關(guān)系不大，先留個(gè)位子好了。） 分子的動能不可能為負(fù)值，也就是說，不可能實(shí)現(xiàn)比絕對零度更低的溫度了。 而絕對零度本身也是不可能實(shí)現(xiàn)的。這就是熱力學(xué)第三定律的內(nèi)容了。 （繼續(xù)留下一個(gè)坑。） 接下來一個(gè)問題：要如何描述分子的動能？換句話說，微觀上的動能，要如何與宏觀上的物理量聯(lián)系起來？ 這里，便引入了溫度的概念。 很直觀的想法，我用溫度表示動能，乘以一個(gè)系數(shù)表示正比關(guān)系，不就可以了？ 先不考慮和前面熱力學(xué)部分的銜接問題。假設(shè)分子擁有E=1/2mv^2的動能，不妨就認(rèn)為……

我知道手打的你們看不清……這是維基百科上面的公式。 k就是大名鼎鼎的玻爾茲曼常數(shù)。（記錯(cuò)了不要怪我） 關(guān)于這個(gè)公式的兩點(diǎn)說明，不想深究的可以不看： 1.有人可能看到了v的下標(biāo)，這里就有一個(gè)自由度的問題：一個(gè)分子，我的平動動能很好理解，就是一般我們理解的1/2mv^2。問題是，考不考慮轉(zhuǎn)動呢？轉(zhuǎn)動也是有能量的啊？乃至還有其它的運(yùn)動形式？ 這個(gè)問題的解決就是引入自由度的概念。三維空間的速度，可以分解為x,y,z三個(gè)方向上的向量，也就是三個(gè)方向上的動能。這每一個(gè)方向，便是一個(gè)自由度。再考慮旋轉(zhuǎn)呢？復(fù)雜分子還有可能有很多個(gè)軸呢？沒關(guān)系，每一個(gè)當(dāng)成一個(gè)自由度就好了，每一個(gè)都是一個(gè)1/2kT。最后加一起，就是總的動能。反正你也只關(guān)心溫度是不是。 還有一點(diǎn)，低溫情況下，有的自由度可能不納入計(jì)算。你可以理解為……溫度太低凍的動不了。這個(gè)結(jié)果就是低溫情況下用3/2kT,溫度高了可能就是5/2,7/2，等等了。 2.這個(gè)公式可以推導(dǎo)出更加大名鼎鼎的pV=nRT。理想氣體常數(shù)R正是玻爾茲曼常數(shù)k乘以一個(gè)阿伏伽德羅常數(shù)N。（微觀到宏觀）

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現(xiàn)在的問題是，說了一堆圍觀的動力學(xué)，也定義了溫度的概念，然而這些分子的熱運(yùn)動，和我們?nèi)粘Ｒ姷降睦錈峋烤故侨绾温?lián)系起來的？ 前面的討論已經(jīng)說過了，分子的溫度和熱運(yùn)動的動能有個(gè)很簡單的正比關(guān)系。那么很自然的，把熱力學(xué)第二定律用在這里，我們能得出結(jié)論：動能大的分子和動能小的分子相遇時(shí)，會發(fā)生動能的轉(zhuǎn)移，也就是宏觀上觀測到的熱量，從而導(dǎo)致了溫度的變化。圍觀層面上，這一點(diǎn)也很好理解： 能量高的分子與能量低的分子相遇，在無數(shù)次彈性碰撞中，發(fā)生了能量的交換，最終實(shí)現(xiàn)了能量的平均分布，也就是相同的溫度。（應(yīng)該是有具體的計(jì)算證明的，不過找了許久沒找到，以后發(fā)現(xiàn)了再加上。）

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記得知乎上有過這個(gè)問題：如果說溫度的實(shí)質(zhì)是分子的不規(guī)則運(yùn)動，那么我們的皮膚是如何感知溫度的？ - 生活 為了方便我就順便總結(jié)一下好了： 1.人體皮膚下面有三種溫度感受器：冷感受器、溫?zé)岣惺芷骱屯锤惺芷?mdash;—分別感受冷熱和極端溫度，并將其傳輸給大腦； 2.這些感受器由神經(jīng)細(xì)胞組成，修飾以專門用途的蛋白質(zhì)； 3.這些蛋白質(zhì)包含有特定的離子通道。在特定溫度下，離子通道會被打開，使得離子得以通過。這些通過的離子便通過其特定的化學(xué)反應(yīng)或是電勢來傳輸溫度的信息； 到這一步就已經(jīng)是微觀的尺度了。為什么溫度能改變蛋白質(zhì)的形態(tài)？（感覺是廢話……但還是寫一點(diǎn)好了） 形態(tài)的變化，本質(zhì)上不是因?yàn)闇囟龋且驗(yàn)闇囟炔顜淼臒醾鲗?dǎo)，從而導(dǎo)致能量上的變化。能量不僅僅被用作熱運(yùn)動，還可以用來發(fā)生其它的反應(yīng)，諸如晶體的融化，諸如蛋白質(zhì)的變形。 —————————————集中回復(fù)評論（如果有的話）的分割線—————————————

（未完待續(xù)）

溫度是系統(tǒng)熵對內(nèi)能導(dǎo)數(shù)的倒數(shù)（當(dāng)熵表示為內(nèi)能的函數(shù)時(shí)）

或云是內(nèi)能對熵的導(dǎo)數(shù)（如果二者可以測量或通過其它方式算出）

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的什么是温度？的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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