开氏温标是怎么确立的？
开氏温标，又称绝对温标，它不像我们日常熟悉的摄氏温标那样直接与某个特定的物理现象挂钩，例如水的冰点或沸点。它的确立是一个更深刻、更理论化的过程，主要源于对热力学第二定律的理解和对理想气体行为的深入研究。
想要彻底弄明白开氏温标是怎么来的，咱们得先往前倒一倒，回到19世纪那个科学思想大爆发的时代。那时候，科学家们对热和能量的关系越来越感兴趣，尤其是在研究蒸汽机这类热力机械的时候。
从热机效率的困惑说起
早期的时候，人们对温度的测量主要依赖于物质的物理状态变化，比如水会结冰会沸腾。摄氏温标（100个刻度代表水在标准大气压下的沸点和冰点之间的差值）就是这样建立起来的。但是，当人们开始研究热机的工作效率时，一个棘手的问题出现了：为什么热机永远不可能达到100%的效率？热量总是会有一部分“浪费”掉，无法完全转化为有用的功。
卡诺是一位杰出的法国工程师，他在1824年发表了一篇划时代的论文，提出了一个理论上的“理想热机”，即卡诺热机。他证明了，任何热机在两个固定温度的热源之间工作，其效率都不会超过一个由这两个热源温度决定的特定值。这个值只与温度有关，与工作介质的性质无关。
卡诺的这一发现非常重要，但他当时的理论基础还是建立在“热质说”上，也就是认为热是一种不可见的流体，可以从高温物体流向低温物体。虽然他的结论是正确的，但其背后的理论解释并不完全准确。
焦耳的能量守恒与热功当量
后来，詹姆斯·焦耳通过一系列精密的实验，确立了能量守恒定律在热学中的应用，并测量出了“热功当量”。他证明了，热量和功是同一种能量的不同表现形式，它们之间可以相互转化，而且转化过程中总能量是守恒的。这为理解热机效率的极限提供了更坚实的物理基础。
汤姆逊（开尔文）的深入思考与绝对零度的概念
真正将温度研究推向理论高度的是威廉·汤姆逊，也就是后来的开尔文勋爵。他继承并发展了卡诺的理论，并结合焦耳的实验成果，开始思考一个更根本的问题：是否存在一个绝对的零度？
汤姆逊意识到，在摄氏温标下，我们可以无限接近零摄氏度，但理论上似乎没有一个绝对的“停止”点。而且，摄氏温标的零点是人为设定的（水的冰点），这使得描述某些物理现象不够便利。
他通过分析热力学第二定律，特别是关于熵（entropy）的概念，发现物质的温度与其内部粒子的动能密切相关。当粒子的动能降低到极致时，温度就达到了绝对零点。他认为，这个绝对零点应该是一个不依赖于任何物质性质的固定点。
汤姆逊进一步研究了气体在不同温度下的膨胀和压缩行为。他注意到，在摄氏温标下，理想气体在温度降低时体积也按比例缩小。如果将这种比例关系外推，理论上气体体积会缩小到零，而此时的温度就是绝对零度。通过当时的实验数据，他估算出这个绝对零度大约在摄氏零下273度左右。
建立以绝对零度为基点的温标
汤姆逊的这一系列思考，让他开始构想一种新的温标，这种温标的零点不再是人为设定的，而是基于物理学上的一个绝对概念——绝对零度。他希望建立的温标能够直接反映物质内部粒子的动能状态。
在1848年，汤姆逊在一篇题为《关于一种普遍的、绝对的温度标度的思考》的文章中，正式提出了建立一个“绝对温标”的概念。他认为，这个温标的刻度应该与热机效率的绝对值相对应，并且它的零点就是绝对零度。
他建议，将绝对零度定为这个新温标的零点。至于第二个定点，他延续了卡诺的思路，也考虑了两个热源之间的温差对效率的影响。他进一步分析，当一个热机在两个温度为 T1 和 T2 的热源之间工作时，其效率（η）可以通过一个公式表示，这个公式与温标的选择有关。如果选择一个“绝对”的温标，那么这个公式会非常简洁，例如 η = 1 T2/T1。
为了方便与现有温标进行比较和过渡，他决定让这个新的绝对温标的一个刻度的长度与摄氏温标的刻度长度保持一致。也就是说，如果摄氏温标将冰点和沸点之间的温差分为100份，那么他的绝对温标也希望在一个同样大小的温差范围内，也设置100个刻度。
通过这种方式，他将摄氏零度（水的冰点）映射到了绝对温标上的一个特定值。根据他估算的绝对零度大约是摄氏273.15度，他将绝对温标的零点（绝对零度）定为新的零。那么，摄氏零度（冰点）在这个新的绝对温标上就变成了273.15。
所以，开氏温标的建立过程可以概括为：
1. 理论的萌芽： 卡诺的热机效率理论，提出了温度是影响效率的关键因素，并且存在一个效率的上限。
2. 能量的统一： 焦耳的实验证明了热量和功是同一种能量，为理解热力学提供了基础。
3. 绝对零度的推导： 汤姆逊（开尔文）结合热力学第二定律和气体性质，深刻理解了绝对零度的概念，它是物质粒子动能消失的理论极限。
4. 温标的重构： 汤姆逊提出建立一个不依赖于任何物质性质的绝对温标，将绝对零度设为零点。
5. 刻度的校准： 为了方便使用和与现有温标过渡，他将绝对温标的单位长度（一个刻度的大小）设定为与摄氏温标相同。这意味着，两个温度之差为1开尔文的温差，与两个温度之差为1摄氏度的温差是相等的。
6. 与摄氏温标的关系： 基于这个设定，他将摄氏零度（冰点）换算到绝对温标上，得到约为273.15 K。因此，开氏温标与摄氏温标的关系式为： K = ℃ + 273.15。
总而言之，开氏温标的建立是一个从对热机效率的深入研究，到对物质微观状态（粒子动能）的理解，再到建立一个超越任何物质特殊性的理论温标的过程。它不是简单地重新定义几个固定点，而是对温度概念本身的一次深刻的理论升华，将温度与能量的本质联系在了一起。后来，这个温标也得到了科学界的广泛认可和应用，并于1954年被命名为开尔文温标，以纪念开尔文勋爵的伟大贡献。而2019年，更是对基本单位的定义进行了进一步的精炼，将开尔文的定义更加严格地锚定在了玻尔兹曼常数上，使其成为一个更加精确和基础的物理学定义。
想要彻底弄明白开氏温标是怎么来的，咱们得先往前倒一倒，回到19世纪那个科学思想大爆发的时代。那时候，科学家们对热和能量的关系越来越感兴趣，尤其是在研究蒸汽机这类热力机械的时候。
从热机效率的困惑说起
早期的时候，人们对温度的测量主要依赖于物质的物理状态变化，比如水会结冰会沸腾。摄氏温标（100个刻度代表水在标准大气压下的沸点和冰点之间的差值）就是这样建立起来的。但是，当人们开始研究热机的工作效率时，一个棘手的问题出现了：为什么热机永远不可能达到100%的效率？热量总是会有一部分“浪费”掉，无法完全转化为有用的功。
卡诺是一位杰出的法国工程师，他在1824年发表了一篇划时代的论文，提出了一个理论上的“理想热机”，即卡诺热机。他证明了，任何热机在两个固定温度的热源之间工作，其效率都不会超过一个由这两个热源温度决定的特定值。这个值只与温度有关，与工作介质的性质无关。
卡诺的这一发现非常重要，但他当时的理论基础还是建立在“热质说”上，也就是认为热是一种不可见的流体，可以从高温物体流向低温物体。虽然他的结论是正确的，但其背后的理论解释并不完全准确。
焦耳的能量守恒与热功当量
后来，詹姆斯·焦耳通过一系列精密的实验，确立了能量守恒定律在热学中的应用，并测量出了“热功当量”。他证明了，热量和功是同一种能量的不同表现形式，它们之间可以相互转化，而且转化过程中总能量是守恒的。这为理解热机效率的极限提供了更坚实的物理基础。
汤姆逊（开尔文）的深入思考与绝对零度的概念
真正将温度研究推向理论高度的是威廉·汤姆逊，也就是后来的开尔文勋爵。他继承并发展了卡诺的理论，并结合焦耳的实验成果，开始思考一个更根本的问题：是否存在一个绝对的零度？
汤姆逊意识到，在摄氏温标下，我们可以无限接近零摄氏度，但理论上似乎没有一个绝对的“停止”点。而且，摄氏温标的零点是人为设定的（水的冰点），这使得描述某些物理现象不够便利。
他通过分析热力学第二定律，特别是关于熵（entropy）的概念，发现物质的温度与其内部粒子的动能密切相关。当粒子的动能降低到极致时，温度就达到了绝对零点。他认为，这个绝对零点应该是一个不依赖于任何物质性质的固定点。
汤姆逊进一步研究了气体在不同温度下的膨胀和压缩行为。他注意到，在摄氏温标下，理想气体在温度降低时体积也按比例缩小。如果将这种比例关系外推，理论上气体体积会缩小到零，而此时的温度就是绝对零度。通过当时的实验数据，他估算出这个绝对零度大约在摄氏零下273度左右。
建立以绝对零度为基点的温标
汤姆逊的这一系列思考，让他开始构想一种新的温标，这种温标的零点不再是人为设定的，而是基于物理学上的一个绝对概念——绝对零度。他希望建立的温标能够直接反映物质内部粒子的动能状态。
在1848年，汤姆逊在一篇题为《关于一种普遍的、绝对的温度标度的思考》的文章中，正式提出了建立一个“绝对温标”的概念。他认为，这个温标的刻度应该与热机效率的绝对值相对应，并且它的零点就是绝对零度。
他建议，将绝对零度定为这个新温标的零点。至于第二个定点，他延续了卡诺的思路，也考虑了两个热源之间的温差对效率的影响。他进一步分析，当一个热机在两个温度为 T1 和 T2 的热源之间工作时，其效率（η）可以通过一个公式表示，这个公式与温标的选择有关。如果选择一个“绝对”的温标，那么这个公式会非常简洁，例如 η = 1 T2/T1。
为了方便与现有温标进行比较和过渡，他决定让这个新的绝对温标的一个刻度的长度与摄氏温标的刻度长度保持一致。也就是说，如果摄氏温标将冰点和沸点之间的温差分为100份，那么他的绝对温标也希望在一个同样大小的温差范围内，也设置100个刻度。
通过这种方式，他将摄氏零度（水的冰点）映射到了绝对温标上的一个特定值。根据他估算的绝对零度大约是摄氏273.15度，他将绝对温标的零点（绝对零度）定为新的零。那么，摄氏零度（冰点）在这个新的绝对温标上就变成了273.15。
所以，开氏温标的建立过程可以概括为：
1. 理论的萌芽： 卡诺的热机效率理论，提出了温度是影响效率的关键因素，并且存在一个效率的上限。
2. 能量的统一： 焦耳的实验证明了热量和功是同一种能量，为理解热力学提供了基础。
3. 绝对零度的推导： 汤姆逊（开尔文）结合热力学第二定律和气体性质，深刻理解了绝对零度的概念，它是物质粒子动能消失的理论极限。
4. 温标的重构： 汤姆逊提出建立一个不依赖于任何物质性质的绝对温标，将绝对零度设为零点。
5. 刻度的校准： 为了方便使用和与现有温标过渡，他将绝对温标的单位长度（一个刻度的大小）设定为与摄氏温标相同。这意味着，两个温度之差为1开尔文的温差，与两个温度之差为1摄氏度的温差是相等的。
6. 与摄氏温标的关系： 基于这个设定，他将摄氏零度（冰点）换算到绝对温标上，得到约为273.15 K。因此，开氏温标与摄氏温标的关系式为： K = ℃ + 273.15。
总而言之，开氏温标的建立是一个从对热机效率的深入研究，到对物质微观状态（粒子动能）的理解，再到建立一个超越任何物质特殊性的理论温标的过程。它不是简单地重新定义几个固定点，而是对温度概念本身的一次深刻的理论升华，将温度与能量的本质联系在了一起。后来，这个温标也得到了科学界的广泛认可和应用，并于1954年被命名为开尔文温标，以纪念开尔文勋爵的伟大贡献。而2019年，更是对基本单位的定义进行了进一步的精炼，将开尔文的定义更加严格地锚定在了玻尔兹曼常数上，使其成为一个更加精确和基础的物理学定义。
网友意见
好像大家都只说了水三相点为273.16K，绝对零度为0K，但都没说平均划分是怎么划分的。取一卡诺热机，热机效率η=1-T2/T1。T1为高温热源温度，T2为低温热源温度。这样可以定义未知温度和水三相点温度的比值，再由规定的水的三相点温度求得被定义的温度。
19.7.31更新，大会也开完了，定义也改了，我也更新下答案吧。
2018年11月16日，国际计量大会通过决议，1开尔文定义为“对应玻尔兹曼常数为1.380649×10^-23J·K^-1的热力学温度”。
不再采用热二律了，直接从玻尔兹曼常数定义温度了。
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