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1、温度一、 零定律与温度的定义温度是热力学中非常重要的一个物理量，人们最初是从直觉引入这个概念，即物体的冷热程度。这主要依赖于人的主观感觉没有一个客观上的描述。直到热力学第一和第二定律建立80年后的20世纪三十年代才由R.H Fowler正式提出了热力学第零定律，从而解决温度定义的难题。根据热力学第零定律的描述：若A、B两物体同时和C物体达到热力学平衡，那么它们的温度必然相等，同时等于C物体的温度。这就给出了温度可测的客观依据，从中定义了温度是互为热平衡的物体所具有的一个相等的态函数，或者说温度是物系达到平衡的一个标示。但这个定义还过于抽象。为了解释温度的本质，我们从微观以及统计的角度来考察温度
2、这个概念、二、经典热力学中温度的意义在经典热力学中，温度的微观意义可以表述成物体内部分子热运动平均动能的量度，分子运动愈快，物体愈热，即温度愈高；分子运动愈慢，物体愈冷，即温度愈低。这种分子运动表现为大量分子的一种统计状态，极个别的分子速度快慢并不影响整体温度的高低。当物体温度较低时，分子、原子振动的速度很小，无法挣脱分子、原子也变小，分子之间距离就较大，此时物质为液态。但随着温度的不断升高，分子运动十分激烈，分子间的距离也变大，此时物质为气体。三、 温标知道了温度的概念对温度的测量还需要一个标尺，即温标。根据热力学第零定律，我们可以设计出各式各样的温度标尺，其均以物质的物理量变化为基础。所以
3、不同的温标对同一温度的测量可能会得到不同的数值。为了结束温标上的混乱局面，开尔文创立了一种不依赖任何测温质(当然也就不依赖任何测温质的任何物理性质)的绝对真实的绝对温标，也叫开氏温标或热力学温标。开氏温标是根据卡诺循环定出来的，以卡诺循环的热量作为测定温度的工具，即热量起着测温质的作用。正因为如此，我们又把开氏温标叫做热力学温标。四、 温度的上下限在整个宇宙中，物质有冷有热，温度有高有低。就让我们来考察一下温度的上下限问题。1、 温度的下限在经典热力学中，根据热力学第三定律中的描述，绝对零度不可能通过有限的降温过程达到，所以说绝对零度是一个只能逼近而不能达到的最低温度，即-273.15。当达到
4、这一温度时所有的原子和分子热运动都将停止。然而，这并不意味着物质在绝对零度的温度状态下一切运动都停止了。从统计热力学的角度看，物质的微观运动大体上可以分为分子平动、分子转动、分子振动、电子运动和核运动等几类。在绝对零度下，描述分子整体平移的分子平动、描述分子绕质心旋转的分子转动确实已经消失，但是分子振动、电子运动和核运动存在最低量子态，是不能被温度冻结的。绝对零度时无法被测量的，这个温度值是依靠理论计算定义的，可以这样设想，当温度降到某一个值时，分子的平动能为零，于是得出了绝对零度的概念。目前，利用原子核的绝热去磁方法，我们已经得到了距绝对零度只差三千万分之一度的低温，但仍不可能得到绝对零度。
5、2、 温度的上限热力学中，并没有对温度的上限有所限定与描述。那有没有绝对的最高温度呢？我们进行一个猜想。当物体粒子的运动速度越快时能量越高，宏观物质的温度也就越高。而根据相对论的理论，宏观物体内分子无规则运动的速度极限是真空光速（极少数微观粒子超越不影响整体）。根据绝对零度的定义方式，可以推想，在一定压力下，每个粒子的运动速度都接近光速时，能量也趋于无限大，那就是温度的极限，也就是最高温度。根据宇宙大爆炸理论，在宇宙时温度达到了上限，为所有粒子顷刻衰变的临界温度中的一个最高温度。五、 负温度根据前面的理解，热力学温度的范围仅停留在正半轴上，那有没有负的热力学温度呢？我们来考察热力学第一定律的基
6、本方程dU=TdS-pdV。当系统经过一个等容过程时T= dU/dS，其中T为热力学温度，U为系统的内能，S为系统的熵。我们知道熵是系统的微观无序度的表示，温度是与系统微观粒子的运动状态有关。我们来思考这样一个过程，随着温度的升高，粒子的能量也升高，粒子运动就会激烈，无序度也会增加。在低温时，高能量的粒子的数目总是少于低能量粒子的数目，所以随着温度的升高，高能量粒子数目逐渐增多，粒子的无序度增加，而当所有粒子的能量无限增大后，高能量粒子的数目就会多余低能量粒子的数目，随后出现一个反常的现象，即无序度随着温度的继续升高而降低，从无序变得有序。于是，我们知道，当U上升时，S是先增大的，此时dU与d
7、S同为正，对应的温度T也为正。而当U上升到一定数值时，随着U的继续上升，系统的S是减少的，此时dU为正dS为负，对应的温度T为负，即出现负绝对温度。由此我们可以看出，负热力学温度在理论推导中是存在的，但是不是通过降温来获得的，相反，从能量的角度来说负温度的能量比正温度更高。在负温度系统中，处在高能级状态的粒子数多于低能级的粒子的数目，即粒子处于高能级的概率比处于低能级的概率要大。而实际上，负温度已经在实验上得到了实现。1951念玻色耳和庞德首次将LiF晶体置于强磁场下，让磁场迅速反向，使得自旋来不及反向，在短时间里就实现了核自转粒子数反转，从而实现了负温度状态。根据这样的描述，温度从低到高应该是+0K+(-)-0K。
