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经验温标由于需要借助于测温物质的物理特性,因此有很大的局限性,不能适用于任意地区或任意场合,因而也是不科学的。热力学温标是开尔文(kelvin)在1848年提出的,热力学温标是利用卡诺定理建立起来的,以热力学第一、第二定律为基础,与测温物质本身的性质无关,在1967年的第十三国国际计量大会上,将热力学温度的单位开尔文(K)为国际单位制(SI)7个基本单位之一。

热力学第一定律是由迈尔(Mayer)和焦耳(Joule)在1842年和1843年先后独立提出的。

  可以表述为:一切物质的能量能够从一种形式转化为另一种形式,从一个物体传给另一个物体,在转化和传递中能量的数量不变。

热力学第二定律是由克劳修斯和开尔文在1850年和1856年先后提出的。克氏表述为:不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响;开氏表述为:不可能从单一热源取热使之变为有用的功而不产生其他影响。

上述两个定律的明确,使卡诺定理的严格证明有了依据。卡诺定理可以简述为:所用工作于两个一定温度之间的热机,以可逆热机的效率为最大。其推论为:所有工作于两个定的温度之间的可逆热机,其效率相等。卡诺循环是由两个定温过程和两个绝热过程交错组成的。遵守卡诺定理的可逆热机热效率η为:

 η=w/Q1=(Q1-Q2)/Q1=(T1-T2)/T1                  (1-1)

  式中:Q1—卡诺热机从高温热源吸收的热量;

 Q2—卡诺热机向低温热源发出的热量

  W—一卡诺热机所做的功(由热力学第一定律可得知W,Q1,Q2);

 T1一高温热源的温度

 T2:低温热源的温度

  式(1-1)简化后可得

  Q1/Q2=T1 /T2         

                      (1-2)

  式(1-2)说明,工作于两个热源之间交换热量之比等于两热源温度之比。这样引入的温标称为热力学温标或开尔文温标。显然,热力学温标与测温物质的性质无关,因此又称为绝对温标,符号用K来表示。1954年国际计量大会决定把水三相点温度273.16K定义为热力学温标的基本固定温度,而热力学温度的单位开尔文(K)就是水三相点的热力学温度的1/273.16为了统一摄氏温标和热力学温标,190年的第11届国际计量大会对摄氏温标做了新的定义,规定它由热力学温标导出,摄氏温度t的定义为

  t=T-273.15

  它的单位是摄氏度,符号为℃

  3.理想气体温标

  理论证明,利用定容或定压理想气体温度计测出的温度就是热力学温标中的温度。因此，人们通常是利用理想气体温度计来实现热力学温标。理想气体是实际气体在压强趋于零时的根限,它具有两个基本性质

(1) pV=nRT'

其中,P是压强:V是体积;n是物质的量:R是摩尔气体常数:T是理想气体温标所确定的温度。

(2)内能仅仅是温度的函数,即

U=U(T')

利用上述性质可以证明,理想气体可逆卡诺定理的效率为

η=1-T'2/T'1                   (1-3)  

式(1-3)分别与式(1-1)、式(1-2)进行比较后可得

T'2/T'1=T2/T1

  同时,理想气体温标也把水三相点温度值规定为273.16K。因此,理想气体温标所确定的温度T'等于热力学温度T。

理想气体温标可以用气体温度计来实现,但是由于实际气体并不是理想气体,所以在利用气体温度计测温时,必须对测量值进行修正,才能得到热力学温度值

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