密度與溫度的關係

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介紹

物體的溫度和密度之間存在比例關係。由於這種關係，周圍溫度的變化會影響物體的密度。

物體內部粒子的振動是由於物體內部發生變化而產生的。溫度升高會影響整體溫度水平。振動導致原子位置發生變化，產生熱量，從而導致溫度升高。

高溫與物體的低密度密切相關。隨著溫度降低，物體或溶液的體積也會降低。

溫度對密度的影響

有些物體加熱後會膨脹。例如，水加熱後會膨脹，體積也會增加。如果將冰從冰箱中取出放在碗裡，一段時間後，冰會融化成水，總體積會增加。

圖1：密度與溫度的關係

壓力和物體的密度之間也存在直接聯絡。當壓力從0增加到5，再增加到10時，密度也相應地從50增加到100，再增加到150。這表明壓力會增加溫度，最終導致該物體的密度增加。

與溫度和密度相關的定律

查理定律是一個重要的定律，它用來研究物體的溫度和體積之間的關係。

根據查理定律，在相同且恆定的壓力下，特定氣體的體積和溫度保持不變 (Jia et al. 2019)。這項研究表明，物體的體積與溫度之間存在直接的比例關係。鮑伊爾的觀點是，如果物體的體積和壓力需要保持不變，那麼溫度必須保持恆定。

密度的特性

物體的溫度會隨著其密度的變化而變化。特定物體的質量最終與其體積進行比較。密度公式對於理解溫度與該分量之間的關係非常重要 (Bertini et al. 2021)。

公式為：密度 = 質量/體積

此公式也可以表示為D = m/v。質量的大小在改變個體密度方面起著重要作用。在不同的溫度下，物體的原子和排列會相應地發生變化。

溫度和密度的單位

表示物體密度主要有四個單位。Kg/L（千克/升）是表示物體密度最常用和最公認的單位。G/mL（克/毫升）和t/m3（噸/立方米）是另外兩個重要的密度單位。密度主要分為相對密度和絕對密度兩種 (Fable et al. 2019)。溫度變化會影響這兩種密度的值。

參考物質密度與核心物質密度的比率被稱為相對密度 (Milot et al. 2018)。大多數情況下，水被認為是參考物質。相對密度還有另一個名稱，即比重。

溫度的特性

晶格是基於溫度變化的重要組成部分。

不同型別的波長會引起溫度變化。

隨著物體的組成和密度隨時間變化，熱容也會發生變化 (Drake, 2018)。

費米能是最高溫度和最低溫度之間的差值。這是量子力學的一個概念，用來解釋量子系統之間的差異。

溫度單位

主要有三個單位可以用來解釋溫度，它們是華氏度、開爾文和攝氏度。開爾文是熱力學溫度的SI單位。

圖2：粒子隨溫度的變化

理想氣體之間關係的演示

理想氣體	公式	符號	SI單位	術語的全稱
	P = ρRT	P	Pa（帕斯卡）	壓力
		R	K/ J/ 摩爾 (R=8.31)	通用氣體常數
		ρ	m3/Kg	所選理想氣體的密度
		T	K（開爾文）	所選氣體的溫度

表1：理想氣體中溫度和密度關係的描述

密度和溫度的關係

• 在非常濃的溶液中，溫度較低。隨著溶液密度在某種情況下增加，整體溫度也會相應降低。
• 相反，當溶液或組分的密度降低時，溫度會升高。
• 在一定密度的降低下，密度會立即降低 (Agterberg et al. 2019)。
• 在熱力學方面，這些變化會影響溶液和組分的整體狀態和特性。

結論

溫度通常是指個體或粒子身體的冷熱狀態。分子和粒子的位置變化在確定溫度變化方面起著重要作用。瞭解密度與溫度的關係對於維護管道系統、船舶和潛艇的管理和駕駛過程至關重要，需要了解溫度和密度之間的內在關係。在分子和物體溫度非常高的情況下，降低密度可以幫助降低整體溫度。

常見問題

Q1. 表示不同密度值的三個不同單位是什麼？

固體的密度用g/cm3表示。液體和氣體的密度用g/ml和g/L表示。

Q2. 改變密度會影響溫度的原因是什麼？

密度的變化會引起分子位置的變化，最終影響溫度。通常情況下，也會創造更多的空間。

Q3. 溫度變化對液體物體也有效嗎？

溫度升高通常會導致液體的體積增加。結果，包含的分子也會增加。這是液體溫度變化的結果。

Q4. 物體在空氣介質中的溫度變化如何影響其密度？

較低的溫度通常會導致物體即使在空氣介質中也具有較高的溫度。體積和密度會影響重力變化。結果，每個不同位置的溫度都不同。

參考文獻

期刊

Agterberg, D. F., Davis, J. C., Edkins, S. D., Fradkin, E., Van Harlingen, D. J., Kivelson, S. A., ... & Wang, Y. (2019). The physics of pair density waves. arXiv preprint arXiv:1904.09687. 檢索自：https://arxiv.org

Bertini, B., Heidrich-Meisner, F., Karrasch, C., Prosen, T., Steinigeweg, R., & Žnidarič, M. (2021). Finite-temperature transport in one-dimensional quantum lattice models. Reviews of Modern Physics, 93(2), 025003. 檢索自：https://arxiv.org

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Fable, E., Angioni, C., Bobkov, V., Stober, J., Bilato, R., Conway, G. D., ... & Zohm, H. (2019). The role of the source versus the collisionality in predicting a reactor density profile as observed on ASDEX Upgrade discharges. Nuclear Fusion, 59(7), 076042. 檢索自：https://pure.mpg.de

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Jia, X., Willard, J., Karpatne, A., Read, J., Zwart, J., Steinbach, M., & Kumar, V. (2019, May). Physics guided RNNs for modeling dynamical systems: A case study in simulating lake temperature profiles. In Proceedings of the 2019 SIAM International Conference on Data Mining (pp. 558-566). Society for Industrial and Applied Mathematics. 檢索自：https://epubs.siam.org

Milot, R. L.，Klug, M. T.，Davies, C. L.，Wang, Z.，Kraus, H.，Snaith, H. J.，……& Herz, L. M. (2018)。甲脒錫三碘薄膜的光電特性受摻雜密度和溫度的影響。先進材料，30(44)，1804506。檢索自：https://onlinelibrary.wiley.com

網站

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