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1、中国计量 China Metrology 2011. 5计家、物理学家和计量学家反复讨论，最后达成一致意见， 即认同碳原子的同位素12C的原子量为12，并将其作为原子量的新标准，于1962年1月1日起实行。又经过1967年和1969的两次讨论， 作出了定义一个新的基本单位的决定。1971年第十四届CGPM通过决议， 以摩尔为物质的量单位，其定义如下：摩尔是一系统的物质的量，该系统中所包含的基本单元数与0.012kg碳-12的原子数目相等。 在使用摩尔时，基本单元应予指明，可以是分子、原子、离子、电子及其他粒子，或是这些粒子的特定组合。根据摩尔的上述定义，可以导出它与原子质量单位、相对原子质量和
2、宏观质量千克之间的关系。读者可能会提出这样的问题，千克砝码是一个上述可见的实体，而摩尔的定义是用碳原子的质量来确定的。 如果人们也想看一下碳原子的类似的形貌，能否用图像显示其真容。解决这个问题的科学家获得了2010年10月颁发的诺贝尔物理学奖，我们将在中国计量杂志下期刊登的连载文章中介绍相关内容。图2是一张石墨烯的结构示意图， 图中的小球是单个碳原子的影像。 这个材料的厚度仅为0.34nm，是迄今所知世界上最薄的物质。人的一根头发丝的厚度是它的20万倍！图2由单层碳原子组成的石墨烯的结构示意图一、 物质的相变ITS-90国际温标中所选用的固定点(纯物质的三相点、沸点和凝固点)都是根据物质的相变
3、过程实现的。 所选用的固定点绝大部分都是纯物质的相变点。所谓相，是指系统中物理性质均匀的部分，它和其他部分之间由一定分界面隔离开来，相是物质以固态、液态、气态存在的具体形式。自然界中的许多物质都是以固、液、气三种状态存在的，它们在一定条件下可以平衡存在，也可以相互转变。 实验证明，在压强恒定的条件下，由同一物质的固态和液态所组成的系统，只能在一定温度下保持相平衡，此时固态和液态同时存在。 同样，当压强一定时，液体和它的蒸气也只能在一定温度下同时存在，保持相平衡。如水为固体时以冰的状态存在；为液体时，以水的状态存在；为气体时，以水蒸气的状态存在。 在某种条件下，水的两种或三种状态可以同时共存，处
4、于平衡状态。 在一个标准大气压下，温度为0时，冰和水可以同时共存，并处于平衡状态，其中冰和水各称为固相和液相，即两相共存，固液相平衡。 通过加热，则可使冰全部变成水；反之，通过冷却， 水也可以全部变成冰。两相可以相互转化。所有的纯物质在一定温度和温度计量漫谈 温标定义的固定点（一 ）北京市计量检测科学研究院张克甘肃省计量研究院王文戈62文化篇科普长廊2011. 5 China Metrology 中国计量本刊讯全国无线电计量技术委员会将于2011年6月下旬在四川成都举行通信综合测试仪校准规范宣贯会。 此次宣贯会由全国无线电计量技术委员会主办，上海市计量测试技术研究院和工信部通信计量中心协办。此
5、次宣贯会由上海市计量测试技术研究院和工信部通信计量中心负责校准规范的起草人进行宣讲，主要宣贯以下国家计量校准规范：无线局域网测试仪校准规范、蓝牙测试仪校准规范、CDMA2000综合测试仪校准规范、WCDMA综合测试仪校准规范、TD-SCDMA数字移动通信综合测试仪校准规范、无线信道模拟器校准规范。会议事宜联系人：李耀华电话：010-62304633-271913683175392沈志强电话：021-38839800-3210913701960688通信综合测试仪校准规范宣贯将在成都举行压强下以三相中任一相的形式存在。 当温度和压强变化时物质能从一相向另一相变化， 如水结冰、水汽化、冰化为水等。
6、 物质从一相变为另一相称为相变。 纯物质在相变过程中保持其温度恒定不变，这是由于从外界吸收的热量在相变中用来增加分子的内能，而不是升高纯物质的温度；反之，内能减少伴有热量的放出，因此，在纯物质从一相过渡到另一相时会有热量的吸收或释放，而保持在相变过程中温度恒定不变。 吸收或释放的热量叫做相变潜热。 对熔解所吸收的潜热称为熔解热，汽化所吸收的潜热称为汽化热；反之，所释放的潜热叫做凝固热或冷凝热。 由液态转变为气态时，气态时的体积总比液态时大， 但是由固态变为液态时，大多数物质熔解时体积要增大；但也有少数物质（如冰、铋等）体积反而缩小。 物质熔解时的温度叫做熔解温度，也称之为熔点；凝固时的温度叫做
7、凝固温度， 也称之为凝固点。 对同一物质其凝固点就是它的熔点，凝固时它的固态和液态是可以共存的，即固态和液态共存时的温度叫做熔解温度，熔解时，输入的热量用于使固体物质熔解；在凝固时，液态转变为固态， 同时放出热量，因而当物质的温度高于熔点时处于液态；低于熔点时则处于固态。 液态及其蒸气共存的相平衡温度叫做沸点；固态及其蒸气之间的相平衡有时是存在的，这时的温度叫做升华点。 另外，固态、液态和气态三相共存的平衡态也是可能的，但它只能在一个确定的压强和温度下才能实现，此即通常所说的三相点。 在一个标准大气压下， 以水升温过程的曲线为例，如图1所示。 图1中，AB段处于固体冰状态， 温度逐渐上升；BC
8、段对应于熔解过程处于固、液平衡状态，其温度保持恒定；CD段处于液体状态， 温度逐渐上升；而DE段对应于汽化过程处于液体和蒸汽平衡状态， 其温度保持恒定。物质在不同压强下升华，温度不同，就可 以 画 出 一 条 曲线升华线。 同样，可以根据不同压力下熔解温度不同画出熔解线以及汽化线。二、 三相点固、液、气三相同时存在称为三相共存。 图2为水三相图。OL为熔解曲线，表示固、液两相的分界线；OK为汽化曲线，表示气、液两图1一个标准大气压下，水的升温曲线图2水三相图100500-50BACDEF时间（min）温度（）101325610.75p（Pa）S冰K水汽O99.9760.010t（）L63科普长
9、廊文化篇中国计量 China Metrology 2011. 5计相的分界线；OS为升华曲线，表示固、气两相的分界线。 所以，在OL与OS之间是固相存在的区域，OK与OS下方是气相存在的区域，OL与OK之间是液相存在的区域。 三条曲线（熔解线、汽化线、升华线）的相交点称为该物质的三相点。 只有在这一点上纯物质三相共存，所以它的温度和压强值也是唯一的。水三相点是ITS-90国际温标中的一个最重要的基本固定点。 选三相点作为温标中的固定点要比选水沸点和金属的熔点更优越，主要是它不依赖于压强的准确测量。热力学温度开尔文的定义是水三相点热力学温度的1/273.16。可见， 准确测量水三相点温度对复现、
10、 传递温标及实际测量温度都是非常重要的。 水三相点是纯水（严格要求是同位素组分基本上应与海水一样， 即每摩尔1H中约有0.16mmol的2H， 每摩尔16O中约有0.4mmol的18O）固、液和气三相共存的唯一点。 水三相点存在时容器压强为610.75Pa、温度为273.16K。冰水混合物(冰点)是固液二相共存温度点， 在1个标准大气压（P=101325Pa）时其值为0。 虽然压强变化对它影响不大，但随压强的变化它会有一定的改变。 而且冰点影响因素多，复现准确度差。 采用水三相点比冰点具有更多优势。水三相点比冰点高0.01，其原因有两个方面：第一是压强影响，冰点是在一个标准大气压下冰与空气饱和
11、水的平衡温度， 而水三相点压强为610.75Pa。 压强从610.75Pa增加到101325Pa，其温度的变化值可由克拉贝龙公式算出:dP dT= t（-）（1）式中：相变潜热，水的熔解热为79.72cal/g；273.15K时水的比体积，=1.00021cm3/g；273.15K时冰的比体积，=1.0908cm3/g。式（1）中，的单位为(cm3atm)/g，1cal=41.308cm3atm，所以=79.7241.31(cm3atm)/g通过式（1）可得t1=-0.00747K第二是在0时水中空气的溶解量而引起的温度变化，冰点是冰 及 含 有 饱 和 空 气 的 水 之 间 的平衡温度，在
12、冰点温度下水中每增加一摩尔分子浓度的空气，冰点 的 温 度 值 就 下 降1.858K， 即(dT/dm)=-1.858K/mol。 在0时一个标准大气压下单位质量水中溶解0.001313mol的空气，水就达到饱和状态。 所以，在冰点因溶有空气在水中而引起温度下降的值为t2=-1.8580.001313=-0.00242K由于上述两个原因，引起的温度变化为t=t1+t2=-0.00747+(-0.00242)=-0.00989K所以，水三相点比一个标准大气压下的冰点的温度高（0.009890.01）K。水三相点的复现是用水三相点容器实现的。 目前，大量使用的是石英玻璃水三相点容器，通常叫做水三
13、相点瓶。 （未完待续）本刊讯4月18日，全国质检系统先进表彰暨科技表彰大会在北京隆重召开。 会上，国家人社部和质检总局领导宣读了各项表彰决定，中国计量科学研究院获得多项先进表彰和科技表彰。中国计量科学研究院电学与量子计量科学研究所获“全国质量监督检验检疫系统先进集体”荣誉称号，该所研究员张江涛获“全国质量监督检验检疫系统先进工作者”荣誉称号。中国计量科学研究院化学计量与分析科学研究所获 “全国质量监督检验检疫工作先进单位”荣誉称号，热工计量科学与材料特性测量技术研究所研究员张金涛、 科技与发展计划部主任宋淑英获 “全国质量监督检验检疫工作先进个人 ”荣誉称号。中国计量科学研究院电学与量子计量科学研究所研究员张江涛荣获“全国质量监督检验检疫科技兴检突出贡献奖”。（刘旭红）中国计量院荣获全国质检系统先进暨科技表彰64文化篇科普长廊
