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需要多少个分子(或原子)才可以定义温度?

 科学甜心派

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经典热力学对温度的定义源头是热力学第零定律:若两个热力学系统均与第三个系统处于热平衡状态,此两个系统也必互相处于热平衡。这个定律要求的一个条件是:热平衡。

热平衡只在热力学极限下(粒子无限多)才成立,否则涨落会不断地让两个热力学系统之间发生热量传递。这也就隐含了基于第零定律的温度定义的误差是O(1/N)。也就是如果我们允许(1/N)的误差,也还可以定义温度。这也是第零定律所给出的温度的极限了。

如果N再少一些,对于孤立的只有极少几个粒子的系统,重复进行测量得到的温度是会有较大的涨落,每一次测量的结果都是随机值,不过这个值也是有规律的。

从这个分布规律中可以读出一个对N->1的小系统也成立的温度定义,且这个定义在热力学极限下也与经典温度的定义相容(类似于求期望),在物理学中也有一定的用处。想深入了解可以点击参考资料。

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