一级计量师

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热力学温度单位命名者———开尔文勋爵

热力学温度单位开尔文（K）是国际单位制（SI）基本单位之一。其他基本单位是米、千克、秒、安培、摩尔和坎德拉。

开尔文的定义（K）：

开尔文（K）是热力学温度单位，等于水的三相点热力学温度的（1/273.16）。上述定义以物理常量：水三相点热力学温度Tt r为基础，而Tt r国际上已于1967年协议，精确地等于273.16K。（图略）

1K=1/273.16 Tt r

开尔文是用英国科学家开尔文的名字命名的。

威廉·汤姆森（William·Thom？鄄son），后来的开尔文勋爵（Lord·Kelvin of Largs），1824年6月26日生于英国北爱尔兰贝尔法斯特。他的特殊天赋和理解力很早就表现出来了，以致他在10岁就被格拉斯哥大学注册录取。16岁他作为大学生来到剑桥，在剑桥他所有功课成绩都很优秀。汤姆森作为格拉斯哥大学物理学教授从1846年开始从事教学和科学研究。人们说，在他那儿，计划1小时的课经常持续3个小时。

汤姆森的兴趣一向在热力学和电学方面。热能的研究使他认识了一个可能最低的温度，即温度的绝对零度。他把这个-273.15℃的温度点当作一个新的温度和温标（图略）的出发点。他与一位英国物理学家詹姆斯·普雷斯科特·焦尔（James·Prescott·Joule 1818~1889）一起发现了用他们两人名字命名的“焦尔-汤姆森效应”。它表明，理想气体在没有外界做功而膨胀时，使其冷却到足够低的温度。发生冷却是由于膨胀时必须通过内部做功以克服气体的分子力。*1856年汤姆森认识到按照他的名字命名的热电“汤姆森效应”，它包含，当一个电流通过，在一个均匀的电导体中存在一个温度落差按照它的方向产生热或取走热。

“汤姆森热”和一个导电体的焦耳电流热（它取决于导体的电阻和电流强度）是不能混淆的。另外汤姆森还认识到可以转化为机械功的热能。作为热力学过程不可逆性的一个量，用熵的概念他与鲁道夫·克劳西乌斯（Rudolf·Claustus1822~1888）同时创立了热力学第二定律，亦即所有的热力机只能把它从一种热材料取走的热能的一部分转换成机械功。这个热能的剩余部分又总是被散发给冷材料。

在电学领域按照他的名字命名的开尔文电流天平属于最重要的发明。它可以确定机械力和电流强度之间的关系。电流天平特别在测量电流和检定电流计中得到应用。值得一提的是他还研制了静电伏特计，它能够相当精确的测量当时最高大约10kV的电压。此外汤姆森改进了许多测量方法并且发明了无数其他的测量仪器，比如说精确测定很小电阻的测量电桥，它现在被称作为汤姆森测量电桥。汤姆森通过参与实现大不列颠和美国之间首次海底电缆连接名扬国外。他是这个项目的发起人之一，并计算了电缆。经海底电缆的第一次通话是1858年8月17日通过北大西洋从大不列颠通往美国。无可置疑，这项海底电缆的连接是19世纪最大的技术贡献。遗憾的是，因为出现了故障，用这个电缆向大西洋另一方大约只通了700次话。跨越大西洋持续的通信直到1866年初才在两洲之间建起，这项工作汤姆森同样参与并起了决定性的作用。

威廉·汤姆森1882年被授予贵族称号后被尊称为拉格斯的开尔文勋爵。1907年12月17日死于苏格兰拉格斯附近的内斯霍尔（Netherhall），享年84岁。他的成就得到了承认，他是19世纪杰出的和受人尊敬的自然科学家。他把最后的长眠之处选在伊萨克·牛顿爵士（1643-1727）旁边的威斯敏斯特尔教堂。

*焦尔-汤姆森效应：气体经历焦尔-汤姆森膨胀时温度随压强的变化。

焦尔-汤姆森膨胀：流体通过多孔塞或部分开放的活门从高压到低压的不可逆绝热膨胀。（译者注）

译自《PTB-Mitteilungen》2001年No.2

深冷技术与低温计量

1877年，德国人林德首次将空气液化成功，这项科技成果震惊了世界科技界。当时所能达到的最低温度-190℃，这项成就不但开创了深冷技术的新纪元，同时也打开了许多新学科的大门。1898年杜瓦获得了液态氢，它在一个大气压（101kPa）下的液化点是-253℃。1908年在卡末林昂尼斯指导下的荷兰莱顿实验室获得了液体氦，达到了4.2K（-269℃）的低温。这些成就为超低温的研究奠定了坚实的基础。

开始阶段，低温技术的研究主要停留在实验室的范围。60年代以来低温技术迈出了实验室阶段，在低温工程和各个尖端科技领域直接转化为生产力。低温技术使许多物质表现出奇异的特性，有些金属会出现奇妙的“超导”现象。利用这个超导现象可以做出高效率的超导发电机、无损耗超导电缆，无摩擦超导轴承，选矿用的超导磁分离器，还有超导磁悬浮列车等。所以低温技术的发展吸引了更多人对超导技术进行研究。

最近，在医学、生物化学、动物遗传学等领域也开始大量使用深冷技术，在医学领域，器官移植手术需要先将人体器官用液体氮冷冻起来。这种冷冻要求的时间要快，器官化冻时不能破坏组织，这些技术上的问题现在已经解决。试管婴儿的诞生、克隆羊的出现都归于深冷技术的保证，深冷技术的发展在生化领域所造成的影响可见一斑。

由于低温技术，大型制氧机应用于炼钢，如氧气顶吹炼钢的出现促使钢铁工业得到迅猛的发展。目前国外已有了每小时生产10万立方米氧气的大型制氧机。

另一个促使低温技术急剧发展的因素是空间技术的发展，因为宇宙火箭的燃料需要大量的液氧和液氢。

超导研究、电子技术、射电天文、低温物理、生物化学、医药卫生、天然气的液化与运输等在科研生产和人民生活中都广泛运用低温技术。这些学科与低温工程的发展趋势必然对低温计量提出相应的要求。

科学上现在采用热力学温标T表示低温数值，单位是K（开），称绝对温度，比用摄氏度要方便。通常按照所应用的致冷剂产生温度的方法把低温范围分成三部分：第一是氮和氢的冷凝温度范围90K~13K；第二是中间温度范围13K~4.2K；第三是氦的冷凝温度范围4.2K~1K。

为了准确测定低温的温度，必须有一个接近于热力学温标的温度标准，而此温标通常是按一次仪表确定的，同时还需要有二次仪表，以及对温度计进行分度的方法。

1990年国际温标（ITS—90）是目前比较完善的一个温标，这个温标在低温范围藉助铑铁和锗电阻温度计可以达到0.5K~27K的温度范围。

在13.8033K~273.16K温区可以藉助铂电阻温度计来完成测温任务，总之在目前可以藉助各种温度计和多种低温热电偶来完成低温计量。但究竟选择哪一种则要看测温范围和测温准确度来决定，以免造成浪费。

随着深冷技术的不断发展，低温计量工作的天地将极为广阔。

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