溫度

溫度wan1 dou6（英文：temperature）係凍熱指標，以數字寫出幾熱幾凍，低溫卽係凍，高溫卽係熱。度溫度嘅架生，叫溫度計。

一個水銀溫度計

自然科學，都經常涉及溫度。物體嘅溫度通常係用攝氏嚟量度，科學家通常係用開氏，而美國就普遍用華氏。

平均動能

喺現代嘅熱力學上，溫度可以想像成啲粒子嘅平均動能。想像一位想研究溫度（但唔具有現代物理學知識嘅人）嘅人攞住手上嘅溫度計同「溫度就係溫度計反映嘅物理量」嘅知識。佢可以觀察得到壓力（pressure，$P$；指一件物體表面每單位面積承受緊幾大嘅力）嘅現象：佢將一團溫度喺攝氏 20 度嘅氣體封死喺一個透明嘅容器入面，跟住佢將團氣體同個容器加熱（例如放入去一煲滾水入面）；如果個容器有個蓋而且溫度夠熱，可以搞到個蓋（如果個蓋夠輕）飛走－個蓋實係受咗一股力得到動量。

一煲水喺度滾緊；由煲蓋嘅郁動可知，蒸發緊嘅水（水蒸氣）會向周圍嘅表面施壓力。

透過好似呢啲噉嘅實驗，佢確立咗壓力嘅概念，而且可以觀察到理想氣體定律（ideal gas law）所講嘅嘢：

$PV=NkT$，當中

$V$ 係團氣體嘅體積，$N$ 係團氣體入面有幾多粒粒子（簡單講可以想像成物質量），$k$ 係一個常數，而 $T$ 就係團氣體嘅溫度（用溫度計量度到）。假想個人身處嘅世界經已確立咗原子論，知道物質係由一大柞細細粒嘅粒子組成嘅，佢可以將團氣體想像成一大柞係噉喺度郁嘅粒子，好似下圖嘅想像圖噉：

推理過程

圖中嗰啲黑色點點係想像中嘅粒子，紅色嘅係啲粒子嘅郁動軌道，白色嘅空間係粒子可以郁嘅空間，灰色嘅係個容器嘅殼，紅色箭咀係一粒粒子撞埋個容器嘅殼嗰陣向個殼嘅表面施嘅力。根據古典力學上嘅知識，當一嚿嘢撞埋去另一嚿嘢嗰時，會有動量（$p=mv$）嘅轉移，即係話：

$\Delta p=p_{i,x}-p_{f,x}=p_{i,x}-(-p_{i,x})=2p_{i,x}$

當中 $\Delta p$ 係指個殼嘅動量變化，$p_{i,x}$ 係指粒粒子臨撞嗰刻嘅動量嘅 X 軸（想像三維空間）部份，假想粒粒子撞前撞後動量嘅數值一樣但彈返轉頭（方向變咗相反），$p_{i,x}=-p_{f,x}$。假想每隔 $\Delta t$（一個極細嘅數值）咁耐嘅時間就有粒粒子撞落個殼嗰度，個殼因為一吓撞擊受嘅力（$F$）係：

$F={\frac {\Delta p}{\Delta t}}$（嚟自牛頓第二定律），

而設

$\Delta t={\frac {2L}{v_{x}}}$，$L$ 係指個容器嘅長度（設個容器係個立方體），可以得出

$F={\frac {m{v_{x}}^{2}}{L}}$，考慮嗮咁多粒粒子嘅話，

$F={\frac {Nm{\hat {v_{x}}}^{2}}{L}}$，當中

$N$ 係粒子嘅數量（呢個數值大得好交關），而 ${\hat {v_{x}}}$ 係指啲粒子嘅平均 X 軸速度數值。再將粒子嘅速度 ${\hat {v}}$ 想像成 ${\hat {v_{x}}}\times 3$ ，得出：

$F={\frac {Nm{\hat {v}}^{2}}{3L}}$

呢股力會施喺一塊 $L^{2}$ 咁大嘅表面嗰度，即係話壓力（每單位面積嘅力）等如：

$P={\frac {F}{L^{2}}}={\frac {Nm{\hat {v}}^{2}}{3L\times L^{2}}}={\frac {Nm{\hat {v}}^{2}}{3L^{3}}}$，

因為設咗個容器係立方體，所以個容器嘅容量 $V=L^{3}$，於是：

$P={\frac {Nm{\hat {v}}^{2}}{3V}}$

將上面條式掉一掉嘅話，

$PV={\frac {Nm{\hat {v}}^{2}}{3}}$

將理想氣體定律 $PV=NkT$ 代入去嘅話，

$NkT={\frac {Nm{\hat {v}}^{2}}{3}}$

最後得出

$kT={\frac {m{\hat {v}}^{2}}{3}}={\frac {2}{3}}\times {\frac {m{\hat {v}}^{2}}{2}}$

由古典力學嗰度已知，一嚿嘢嘅動能係 ${\frac {m{v}^{2}}{2}}$－得出「一團氣體嘅溫度（$T$）係由粒子嘅平均動能反映嘅」。

睇埋

• 熱力學
• 化學