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{{熱力學}}
'''热力学温标'''，又称'''开尔文温标'''、'''绝对温标'''，简称'''开氏溫標'''，'''凱氏溫標'''，是一种标定、量化温度的方法。它对应的物理量是'''热力学温度'''，或称'''开氏度'''，符号为'''K'''，为[[国际单位制]]中的基本物理量之一；对应的单位是'''[[开尔文]]（英語：Kelvin）'''，符号为'''K'''。热力学温标是由[[第一代开尔文男爵威廉·汤姆森]]于1848年利用[[热力学第二定律]]的推论[[卡諾定理 (熱力學)|卡诺定理]]引入的。它是一个纯理论上的[[溫度標準|温标]]，因为它与测温物质的属性无关。

热力学温度又被称为''绝对温度''，是[[热力学]]和[[统计物理]]中的重要参数之一。一般所说的'''[[绝对零度]]'''指的便是0K，对应-273.15[[摄氏温标|°C]]或-459.67[[华氏温标|°F]]。

[[国际计量委员会]]建议采用玻尔兹曼常数来定义热力学温度单位[[开尔文]]（K）。2019年5月20日起，1开尔文被定义为“对应玻尔兹曼常数为<math>1.380649\times 10^{-23}J\cdot K^{-1}</math>的热力学温度”。<ref>{{cite news|title=溫度的單位：克耳文(K)|url=http://www.nml.org.tw/measurement/si_base-unit-introduction/3606-%E6%BA%AB%E5%BA%A6%E7%9A%84%E5%96%AE%E4%BD%8D%EF%BC%9A%E5%85%8B%E8%80%B3%E6%96%87-k.html|publisher=國家度量衡標準實驗室|accessdate=2015-10-16|archive-date=2021-04-17|archive-url=https://web.archive.org/web/20210417123309/http://www.nml.org.tw/measurement/si_base-unit-introduction/3606-%E6%BA%AB%E5%BA%A6%E7%9A%84%E5%96%AE%E4%BD%8D%EF%BC%9A%E5%85%8B%E8%80%B3%E6%96%87-k.html|dead-url=no}}</ref>

==历史定义==
热力学温标可以通过下列过程引入<ref name="新概念">{{cite book|title=《新概念物理教程 热学》第二版|author=赵凯华|publisher=高等教育出版社|pages=176|last2=罗蔚因|isbn=9787040066777}}</ref><ref name="普物热学">{{cite book|title=《普通物理学教程 热学》第三版|author=秦允豪|publisher=高等教育出版社|year=2011|isbn=978-7-04-030090-1|pages=173-176}}</ref>：

假设一个[[卡诺热机]]在高温热源（温度 <math>\Theta_1</math> ）和低温热源（温度 <math>\Theta_2</math> ）之间工作，并且在高温热源吸收热量 <math>Q_1</math>，向低温热源放出热量 <math>Q_2</math>，其间向外界作功 <math>W</math>。那么，可逆热机的效率 <math>\eta</math> 可以表示为：
:<math>\eta_{12} = \frac{|W|}{|Q_1|}=\frac{|Q_1|-|Q_2|}{|Q_1|}=1-\frac{|Q_2|}{|Q_1|}</math>

卡诺定理指出，[[可逆循环]]的[[效率]]只与高温热源和低温热源的温度有关，而与[[工作物质]]（工质）或工作路径等其它因素无关。也就是说， <math>\eta_{12}</math> 仅仅是温度 <math>\Theta_1</math> 和 <math>\Theta_2</math> 的函数。为了方便下面的推导，不妨设：
:<math>f(\Theta_1,\Theta_2) = 1-\eta_{12} = \frac{|Q_2|}{|Q_1|}</math>。

另外，对于任意三个温度 <math>\Theta_1</math>、<math>\Theta_2</math>、<math>\Theta_3</math> 的热源，考虑 <math>1\rightarrow3\rightarrow2</math> 和 <math>1\rightarrow2</math> 两个可逆过程。不妨设两个过程中，热机都从1号热源吸收了相同的热量 <math>Q_1</math>。另外，把两个过程中，热机最终释放给2号热源的热量分别记为 <math>Q_2</math> 和 <math>Q'_2</math> ，把<math>1\rightarrow3</math>过程中，热机释放给3号热源的热量记为 <math>Q_{3in}</math>，把<math>3\rightarrow2</math>过程中，热机吸收自3号热源的热量记为 <math>Q_{3out}</math>。为了保证两个过程的可逆性，
*必须有 <math>Q_{3in} = Q_{3out} \equiv Q_3</math>。
*必须有 <math>Q_2 = Q'_2</math>。
否则都将意味着热机运作过程中，有热量散失或有新的能量进入系统，这都违反了卡诺定理。

由此，容易证明：
:<math>f(\Theta_1,\Theta_2) = \frac{|Q_2|}{|Q_1|} = \frac{|Q_2|/|Q_3|}{|Q_1|/|Q_3|} = \frac{f(\Theta_3,\Theta_2)}{f(\Theta_3,\Theta_1)} \equiv \frac{\psi(\Theta_2)}{\psi(\Theta_1)}</math>
（其中<math>\psi(\Theta)</math>为形式可选择的普适函数）

可以观察到，<math>\psi(\Theta)=\Theta</math> 是可取的一种形式。即，<math>f(\Theta_1,\Theta_2) = \frac{\Theta_2}{\Theta_1}</math>。

由于定义式只给出了两个[[温度]]的比值，仍需要一个标准点。1954年国际计量大会决定，取水的[[三相点]]（273.16K）作为标准点，作为热力学温标的定义。

通过推导过程，可以注意到：由于卡诺定理中，热量交换做功是与测温物质无关，所以通过上述方法取定的温标 <math>\Theta</math>（热力学温标）也与测温物质无关。

== 与其他温标的关系 ==
{{Main|温度单位换算}}

{| class="wikitable" style="text-align: center"
!  !! 從克氏溫標換算至其他溫度單位 !! 從其他溫度單位換算至克氏溫標
|-
| [[攝氏溫標]] || <math>{} ^\circ \! \text {C} = {} \text {K} - 273.15</math>
|<math>\text {K} = {}^\circ \! \text {C} + 273.15</math>
|-
| [[華氏溫標]] || <math>{} ^\circ \! \text {F} = \frac{9}{5} {}\text {K} - 459.67</math>|| <math>{}\text {K} = \frac{5}{9} ({}^\circ \! \text {F} + 459.67)</math>
|}

== 参考文献 ==
{{Reflist}}

== 参见 ==
* [[开尔文]]

{{-}}
{{溫標}}
{{氣象學資料與變數}}
{{以人名命名的国际单位制单位}}


[[Category:溫度單位]]
[[Category:热力学]]