国际单位制中的“摄氏度”



国际单位制中的“摄氏度”

本刊资料室

1“摄氏温度”已被重新定义

温度的概念和温度的测量几百年来经历了漫长的发展和完善，到目前为止，温度被定为国际单位制[SI]中7个基本物理量之一，单位为“开尔文”，符号K.人们熟知的摄氏温度的概念已不再是原来摄耳修斯 (Anders Celsius,1701～1744)所创建的“摄氏温标”的温度，目前已被重新定义.单位 “摄氏度，符号℃”，已被纳入了国际单位[SI]制单位，并被定义为“摄氏度是开尔文用于表示摄氏温度值的一个专门名称”,意思是说在使用摄氏温度值时,单位“开尔文”有个专门名称，叫做“摄氏度”.

由于有关温度概念、温度测量完善和发展的问题是如此纷繁，在进行教学时(特别是在初中)的困难就可想而知了，很难说追求科学的精准和严密，只能采取通俗、模糊处理，但又应避免出现歪曲和错误. 为此特摘编如下一些资料供广大教师同行参考，如有错讹之处还望指正.

2国家标准中关于热力学温度和摄氏温度的表述

摄氏温度(Celsius temperature)/ 符号：t,θ；定义：t=T-T0，式中T0定义为等于273.15 K / 备注：热力学温度T0准确地比水的三相点热力学温度低 0.01 K /单位名称：摄氏度(degree Celsius),符号：℃ ；定义：摄氏度是开尔文用于表示摄氏温度值的一个专门名称.

换算因数和备注:热力学温度和摄氏温度的间隔或温度差的单位是相同的.国际计量大会建议，这种温度间隔或温度差应该用开尔文(K)或摄氏度(℃)表示.其他名称或符号，例如：“degre”，“deg”，“degree centigrade”，“degree”或“度”，均予以废除.应当指出，在摄氏度符号 ℃ 之前应留一间隔(参阅 GB 3101的3.4)[1].

3热力学温度和国际温标

温度是一个既重要而又特殊的物理量,它是7个基本物理量之一，许多物理现象都与之密切相关，生产、生活、科学研究都离不开温度的测量；温度是一个内涵量(即强度量)，不是一个广延量.温度不能相加，一个温度等于两个温度之和是没有意义的，两个温度只有相等或不相等.长期以来，对温度的测量与对其他物理量的测量不同，对其他物理量测量得到的结果是所测物理量单位的倍数(或分数)，而对温度的测量只是做标志，即只是确定温标上的位置而已.这种情况到1967年使用温度单位开尔文以后有了变化，至此也就完成了温度单位定义的现代化.

热力学温度是唯一能够统一，而又能明确描述热力学性质的温度.1848年，英国科学家开尔文(William Thomson, Lord Kelvin,1824～1907)首先提出，将温度数值与理想可逆热机的效率相联系，根据热力学第二定律来定义温度的数值.在此之前已出现了多种测温工具和与之相对应的温标，其中应用最为广泛的就是我们所熟悉的摄氏温度计和摄氏温标(在欧美则流行华氏温度计和华氏温标)，这就是被人们称之为的经验温标.经验温标的一个共同特点就是人为地规定了温度的变化与测温物质体积变化成线性关系.各种经验温标没有统一的标准，同一种经验温标由于测温物质不同也存在差异.显然，这种受制于测温物质性质的经验温标无法满足科学技术日益发展的需要.热力学温度根据热力学第二定律定义，与任何特定物质无关，是理想的温度标准.

随着科学技术的发展，国际交往日益频繁，统一温度量值势在必行. 热力学温度是国际公认的最基本的温度，一切温度测量最终都可以热力学温度为准.但是，热力学温度是理想温度，不可能直接测量.我们所能做的只是制定一套方案，依照这个方案，用实际温度计来测定任何温度，在数值上都非常逼近相应的热力学温度.这就是国际温标(有的叫做国际实用温标).建立国际温标应包括3点：

(1)确定一系列定义固定点(相平衡态)，并赋予最佳的热力学温度值；

(2)指定内插仪器(基准温度计)；

(3)确定不同范围内的内插公式.建立国际温标的原则是，定义简单，易于复现，所测温度值十分接近热力学温度值，并且，无论是测量范围，还是测量精度都应满足实际需要.

统一温度量值的工作从19世纪就开始了.1887年国际计量局设计了国际标准温标，以定容氢气体温度计为标准，它的量值通过玻璃水银温度计传递到各国.温度范围只有0～100 ℃，还不能说是真正的国际温标.

第一个国际温标是1927年第七届国际计量大会通过的1927国际温标ITS-27，确定了6个定义固定点、3个标准内插仪器和4个内插公式.后来不断更新完善，1948年公布了1948国际温标ITS-48,1954和1960年又两次对ITS-48进行修改，最重要的是以水的三相点作为一个定义固定点代替冰点.经修改后叫做1948国际实用温标IPTS-48.

1968年作了一次重大修改，以1968国际实用温标IPTS-68代替IPTS-48.IPTS-68确定了13个定义固定点及指定温度值，其中包括冰点273.15 K,0 ℃；水沸点373.15 K ,100 ℃.这次改变了温度值，扩大了温度范围，使之更接近热力学温标.IPTS-68于1975年和1978年又进行了两次补充修正.

现行的1990国际温标ITS-90，是国际计量委员会根据1987年第十八届国际计量大会第七号决议的要求，于1989年通过的，定义固定点17个，较IPTS-68有较大的变化.其中包括取消了IPTS-68定义固定点中的水沸点，保留了水的三相点.对于常用的玻璃液体温度计来说ITS-90与IPTS-68相比除冰点没有变化外，其余各点温度变化的最小差值的绝对值为0.002 ℃，最大差值绝对值为0.115 ℃，水沸点差值为 “-0.026 ℃”[2].

4小结

作为基础教育教师对有关专业知识可能难于了解其详，但是有几点我们应该清楚，其中包括：

(1)现在所说的“摄氏度(degree Celsius)”属于国际单位制单位,而且只能叫做“摄氏度(degree Celsius)”(符号为 “℃”)不可简称为“度”或别的什么.摄氏温度的现行定义是t=T-T0, 其中T0定义为等于273.15 K.过去的由两个定点，冰点0 ℃和水沸点100 ℃，并其间等分100等份定义的“摄氏温标”,以及其他经验温标(包括“绝对温标”)已成为历史.

(3)现行的1990国际温标ITS-90的定义固定点包括水的三相点273.16 K,0.01 ℃，依此冰点273.15 K,0 ℃没有变化；取消了水沸点作为定义固定点(据笔者所见,常用的液体温度计的制作厂商仍以冰水混合物的温度值,即冰点273.15 K,0 ℃作为刻度的定点之一,水沸点不再使用,其他刻度定点是用加热的油,其温度值根据标准温度计确定),水沸点的准确值不再是373.15 K ,100 ℃(其差值为“-0.026 ℃”),而是373.124 K ,99.974 ℃，然而在日常生活中这是完全可以忽略的，只是作为教师我们应当清楚其来龙去脉.

参 考 文 献

1国家标准GB3100～3102-93《量和单位》

2国家技术监督局计量司.1990国际温标宣贯手册

短文荟萃