GB 3102.4 熱學的量和單位

中華人民共和國國家標準
熱學的量和單位
Quantities and units—Heat
GB 3102.4
沿革和最新版

本作品收錄於《GB 3102 量和單位》

1986年發布　1993年12月27日修訂，1994年7月1日起實施

引言

本標準等效採用國際標準 ISO 31-4:1992《量和單位　第四部分：熱學》。

本標準是目前已經制定的有關量和單位的一系列國家標準之一，這一系列國家標準是：

GB 3100　國際單位制及其應用；

GB 3101　有關量、單位和符號的一般原則；

GB 3102.1　空間和時間的量和單位；

GB 3102.2　周期及其有關現象的量和單位；

GB 3102.3　力學的量和單位；

GB 3102.4　熱學的量和單位；

GB 3102.5　電學和磁學的量和單位；

GB 3102.6　光及有關電磁輻射的量和單位；

GB 3102.7　聲學的量和單位；

GB 3102.8　物理化學和分子物理學的量和單位；

GB 3102.9　原子物理學和核物理學的量和單位；

GB 3102.10　核反應和電離輻射的量和單位；

GB 3102.11　物理科學和技術中使用的數學符號；

GB 3102.12　特徵數；

GB 3102.13　固體物理學的量和單位。

上述國家標準貫徹了《中華人民共和國計量法》、《中華人民共和國標準化法》、國務院於 1984 年 2 月 27 日公布的《關於在我國統一實行法定計量單位的命令》和《中華人民共和國法定計量單位》。

本標準的主要內容以表格的形式列出。表格中有關量的各欄列於左面各頁，而將其單位列於對應的右面各頁並對齊。兩條實線間的全部單位都是左面各頁相應實線間的量的單位。

量的表格列出了本標準領域中最重要的量及其符號，並在大多數情況下給出了量的定義，但這些定義只用於識別，並非都是完全的。

某些量的矢量特性，特別是當定義需要時，已予指明，但並不企圖使其完整或一致。

在大多數情況下，每個量只給出一個名稱和一個符號。當一個量給出兩個或兩個以上的名稱或符號，而未加以區別時，則它們處於同等的地位。當有兩種斜體字母（例如：𝜗、𝜃、𝜑、𝜙、𝑔、𝘨）存在時，只給出其中之一，但這並不意味另一個不同等適用。一般這種異體字不應給予不同的意義。在括號中的符號為「備用符號」，供在特定情況下主符號以不同意義使用時使用。

量的相應單位連同其國際符號和定義一起列出。

單位按下述方式編排：

一般只給出 SI 單位。應使用 SI 單位及其用 SI 詞頭構成的十進倍數和分數單位。十進倍數和分數單位未明確地給出。

可與 SI 的單位並用的和屬於國家法定計量單位的非 SI 的單位列於 SI 單位之下，並用虛線與相應的 SI 單位隔開。專門領域中使用的非國家法定計量單位列於「換算因數和備註」欄。一些非國家法定計量單位列於附錄（參考件）中，這些參考件不是標準的組成部分。

關於量綱一的量的單位說明：

任何量綱一的量的一貫單位都是數字一（1）。在表示這種量的值時，單位 1 一般並不明確寫出。詞頭不應加在數字 1 上構成此單位的十進倍數或分數單位。詞頭可用 10 的乘方代替。

例：

折射率　𝑛＝1.53×1＝1.53

雷諾數　𝑅𝑒＝1.32×10³

考慮到一般是將平面角表示為兩長度之比，將立體角表示為面積與長度的平方之比，國際計量委員會（CIPM）在 1980 年規定，在國際單位制中弧度和球面度為無量綱的導出單位；這就意味着將平面角和立體角作為無量綱的導出量。為了便於識別量綱相同而性質不同的量，在導出單位的表示式中可以使用單位弧度和球面度。

數值表示：

「定義」欄中的所有數值都是準確的。

在「換算因數和備註」欄中的數值如果是準確的，則在數值後用括號加注「準確值」字樣。

正文

1　主題內容與適用範圍

本標準規定了周期及其有關現象的量和單位的名稱與符號；在適當時，給出了換算因數。

本標準適用於所有科學技術領域。

2　名稱和符號

量：4-1～4-2

單位：4-1.a～4-2.a

項　號	量的名稱	符　號	定　　義	備　　注	項　號	單位名稱	符　號	定　　義	換算因數和備註
4-1	熱力學溫度 thermodynamic temperature	𝑇, (𝛩)		熱力學溫度是基本量之一	4-1.a	開［爾文］ kelvin	K	熱力學溫度單位開爾文是水的三相點熱力學溫度的 1/273.16	熱力學溫度和攝氏溫度的間隔或溫差的單位是相同的。國際計量大會建議，這種溫度間隔或溫差應該用開爾文（K）或攝氏度（℃）表示。其他名稱或符號，例如：「degré」, 「deg」, 「degree centigrade」, 「degree」或「度」，均予以廢除。應當指出，在攝氏溫度的符號 ℃ 之前應留一間隔（參閱 GB 3101 的 3.4）。 1990 國際溫標（ITS-90）或國際溫標 1990 CIPM 是按照 1987 年第 18 屆 CGPM 的第 7 項決議，於 1989 年決定採用的。該溫標的確立是基於若干個固定點和藉助於一定的測量儀器作內插的方法並定義了 0.65 K 以上的溫度。這個溫標是代替 1968 國際實用溫標 IPTS-68（1979 年修訂版）和 1976 暫用的 0.5 K 至 30 K 溫標。 按照該溫標定義的、與熱力學溫度和攝氏溫度相應的量分別用 𝑇₉₀ 和 𝑡₉₀ 表示（代替由IPTS-68 所定義的 𝑇₆₈ 和 𝑡₆₈ ），且 𝑡₉₀＝𝑇₉₀−𝑇₀ 𝑇₉₀ 稱為國際開爾文溫度，𝑡₉₀ 稱為國際攝氏溫度。𝑇₉₀ 和 𝑡₉₀ 的單位分別為開爾文（Κ）和攝氏度（℃），與 𝑇 和 𝑡 的情況相同。詳細資料見：Metrologia, 1990, 27(1):3
4-2	攝氏溫度 Celsius temperature	𝑡, 𝜃	𝑡＝𝑇−𝑇₀ 式中 𝑇₀ 定義為等於273.15 K	熱力學溫度 𝑇₀ 準確地比水的三相點熱力學溫度低 0.01 Κ	4-2.a	攝氏度 degree Celsius	℃	攝氏度是開爾文用於表示攝氏溫度值的一個專門名稱

項　號

量的名稱

符　號

定　　義

備　　注

項　號

單位名稱

符　號

定　　義

換算因數和備註

4-3.1

線［膨］脹係數
linear expension coefficient

𝛼_𝑙

𝛼_𝑙

＝

(1)

÷(𝑙)

⋅	(d𝑙) ÷(d𝑇)

除非規定變化過程，4-3.1 至 4-4 的量是不完全確定的。

在不會發生混淆時，符號的下標可省略。

壓力係數的名稱及符號 𝛽 也可用於4-3.3的量上

4-3.a

每開［爾文］
reciprocal kelvin,
負一次方開［爾文］
kelvin to the power minus one

K⁻¹

4-3.2

體［膨］脹係數cubic expension coefficient

𝛼_𝑉, (𝛼, 𝛾)

𝛼_𝑉

＝

(1)

÷(𝑉)

⋅	(d𝑉) ÷(d𝑇)

4-3.3

相對壓力係數relative pressure coefficient

𝛼_𝑝

𝛼_𝑝

＝

(1)

÷(𝑝)

⋅	(d𝑝) ÷(d𝑇)

4-4

壓力係數
pressure coefficient

𝛽

𝛽

＝

(d𝑝) ÷(d𝑇)

4-4.a

帕［斯卡］每開［爾文］
pascal per kelvin

Pa/K

4-5.1

等溫壓縮率isothermal compressibility

𝜅_𝑇

𝜅_𝑇

＝−

(1)

÷(𝑉)

(

(𝜕𝑉) ÷(𝜕𝑝)

)_𝑇

4-5.a

每帕［斯卡］
reciprocal pascal，
負一次方帕［斯卡］
pascal to the power minus one

Pa⁻¹

4-5.2

等熵壓縮率
isentropic compressibility

𝜅_𝑆

𝜅_𝑆

＝−

(1)

÷(𝑉)

(

(𝜕𝑉) ÷(𝜕𝑝)

)_𝑆

4-6

熱
heat,
熱量
quantity of heat

𝑄

等溫相變中傳遞的熱量，以前稱為「潛熱（latent heat）」，符號為 𝐿。應當用適當的熱力學函數的變化來表示，例如：𝑇⋅Δ𝑆，Δ𝑆 是熵的變化，或 Δ𝐻，焓的變化

4-6.a

焦［耳］joule

J

4-7

熱流量
heat flow rate

𝛷

單位時間內通過一個面的熱量

4-7.a

瓦［特］
watt

W

4-8

面積熱流量areic heat flow rate,
熱流［量］密度
density of heat flow rate

𝑞, 𝜑

熱流量除以面積

4-8.a

瓦［特］每平方米
watt per square metre

W/m²

項　號

量的名稱

符　號

定　　義

備　　注

項　號

單位名稱

符　號

定　　義

換算因數和備註

4-9

熱導率，（導熱係數）
thermal conductivity

𝜆, (𝜅)

面積熱流量除以溫度梯度

4-9.a

瓦［特］每米開［爾文］
watt per metre kelvin

W/(m⋅Κ)

4-10.1

傳熱係數coefficient of heat transfer

𝐾, (𝑘)

面積熱流量除以溫度差

在建築技術中，這個量常稱之為熱傳遞係數 (thermal transmittance), 符號為 𝑈

4-10.a

瓦［特］每平方米開［爾文］
watt per square metre kelvin

W/(m²⋅K)

4-10.2

表面傳熱係數surface coefficient of heat transfer

ℎ, (𝑎)

𝑞＝ℎ(𝑇_s−𝑇_t）
式中：𝑇_s 為表面溫度，為表徵外部環境特性的參考溫度

4-11

熱絕緣係數
thermal insulance,
coefficient of thermal insulation

𝑀

溫度差除以面積熱流量
𝑀＝l/𝐾

在建築技術中，這個量常稱為熱阻，符號為 𝑅

4-11.a

平方米開［爾文］每瓦［特］
square metre kelvin per watt

m²⋅K/W

4-12

熱阻
thermal resistance

𝑅

溫度除以熱流量

參閱4-11的備註

4-12.a

開［爾文］每瓦［特］
kelvin per watt

K/W

4-13

熱導
thermal conductance

𝐺

𝐺＝l/𝑅

參閱4-11的備註

4-13.a

瓦［特］每開［爾文］
watt per kelvin

W/K

4-14

熱擴散率
thermal diffusivity

𝑎

𝑎

＝

(𝜆) ÷(𝜌𝑐𝑝)

式中 𝜆 是熱導率，𝑝 是體積質量，𝑐_𝑝是定壓質量熱容

4-14.a

平方米每秒
square metre per second

m²/s

4-15

熱容
heat capacity

𝐶

當一系統由於加給一微小的熱量 δ𝑄 而溫度升高 d𝑇 時，δ𝑄/d𝑇 這個量即是熱容

除非規定變化過程，這個量是不完全確定的

4-15.a

焦［耳］每開［爾文］
joule per kelvin

J/K

量：4-16.1—4-16.4

單位：4-16.a

項　號	量的名稱	符　號	定　　義	備　　注	項　號	單位名稱	符　號	定　　義	換算因數和備註
4-16.1	質量熱容 massic heat capacity, 比熱容specific heat capacity	𝑐	熱容除以質量	相應的摩爾量，參閱 GB 3102.8	4-16.a	焦［耳］每千克開［爾文］ joule per kilogram kelvin	J/(kg⋅K)
4-16.2	質量定壓熱容 massic heat capacity at constant pressure, 比定壓熱容 specific heat capacity at constant pressure	𝑐𝑝
4-16.3	質量定容熱容 massic heat capacity at constant volume, 比定容熱容 specific heat capacity at constant volume	𝑐𝑉
4-16.4	質量飽和熱容 massic heat capacity at saturation， 比飽和熱容 specific heat capacity at saturation	𝑐sat

項　號

量的名稱

符　號

定　　義

備　　注

項　號

單位名稱

符　號

定　　義

換算因數和備註

4-17.1

質量熱容比
ratio of the massic heat capacities
比熱［容］比ratio of the specific heat capacities

𝛾

𝛾＝𝑐_𝑝/𝑐_𝑉

4-17.a

一
one

1

參閱引言

4-17.2

等熵指數
isentropic exponent

𝜅

𝜅

＝−

(𝑉)

÷(𝑝)

(

(𝜕𝑝) ÷(𝜕𝑉)

)_𝑆

對於理想氣體，𝜅＝𝜆

4-18

熵
entropy

𝑆

當熱力學溫度為 𝑇 的系統接受微小熱量 δ𝑄 時，如果系統內沒有發生不可逆變化，則系統的熵增為 δ𝑄/𝑇

4-18.a

焦［耳］每開［爾文］
joule per kelvin

J/K

4-19

質量熵
massic entropy»比熵
specific entropy

𝑠

熵除以質量

相應的摩爾量，參閱 GB 3102.8

4-19.a

焦［耳］每千克開［爾文］
joule per kilogram kelvin

J/(kg⋅K)

4-20.1

能［量］
energy

𝐸

所有各種形式的能

4-20.a

焦［耳］
joule

J

4-20.2

熱力學能
thermodynamic energy

𝑈

對於熱力學封閉系統，Δ𝑈＝𝑄＋𝑊
式中 𝑄 是傳給系統的能量，𝑊 是對系統所作的功

熱力學能也稱為內能（internal energy）

4-20.3

焓
enthalpy

𝐻

𝐻＝𝑈＋𝑝𝑉

4-20.4

亥姆霍茲自由能
Helmholtz free energy,
亥姆霍茲函數Helmholtz function

𝐴, 𝐹

𝐴＝𝑈−𝑇𝑆

4-20.5

吉布斯自由能
Gibbs free energy,
吉布斯函數
Gibbs function

𝐺

𝐺＝𝑈＋𝑝𝑉−𝑇𝑆

𝐺＝𝐻−𝑇𝑆

量：4-21.1—4-21.5

單位：4-21.a

項　號	量的名稱	符　號	定　　義	備　　注	項　號	單位名稱	符　號	定　　義	換算因數和備註
4-21.1	質量能 massic energy, 比能 specific energy	𝑒	能［量］除以質量	相應的摩爾量，參閱 GB 3102.8	4-21.a	焦［耳］每千克joule per kilogram	J/kg
4-21.2	質量熱力學能 massic thermodynamic energy, 比熱力學能 specific thermodynamic energy	𝑢	熱力學能除以質量	質量熱力學能也稱為質量內能（massic internal energy）
4-21.3	質量焓 massic enthalpy， 比焓 specific enthalpy	ℎ	焓除以質量
4-21.4	質量亥姆霍茲自由能 massic Helmholtz free energy, 比亥姆霍茲自由能 specific Helmholtz free energy, 比亥姆霍茲函數 specific Helmholtz function	𝑎, 𝑓	亥姆霍茲自由能除以質量
4-21.5	質量吉布斯自由能 massic Gibbs free energy， 比吉布斯自由能 specific Gibbs free energy, 比吉布斯函數 specific Gibbs function	𝑔	吉布斯自由能除以質量

量：4-22～4-23

單位：4-22.a～4-23.a

項　號	量的名稱	符　號	定　　義	備　　注	項　號	單位名稱	符　號	定　　義	換算因數和備註
4-22	馬休函數 Massieu function	𝐽	𝐽＝−𝐴/𝑇		4-22.a	焦［耳］每開［爾文］ joule per kelvin	J/K
4-23	普朗克函數 Planck function	𝑌	𝑌＝−𝐺/𝑇		4-23.a	焦［耳］每開［爾文］ joule per kelvin	J/K

附錄

附錄 A：以英尺、磅和秒為基礎的單位以及某些其他單位（參考件）

以英尺、磅和秒為基礎的單位以及某些其他單位

（參考件）

不贊成使用這些單位。

量的項號	量的名稱	單位項號	單位名稱和符號	換算因數和備註
4-1	熱力學溫度 thermodynamic temperature	4-1.A.a	蘭氏度 degree Rankine: °R	1 °R =  5 /9 K 蘭氏度的符號 °R 的前面應當留一空隙
—	華氏溫度 Fahrenheit temperature, 𝑡F	4-2.A.a	華氏度 degree Fahrenheit: ℉	𝑡F/℉ =  9 /5  𝑡 /℃＋32 =  9 /5  𝑇 /𝐾 − 459.67 單位華氏度等於單位蘭氏度。 華氏度的符號 ℉ 的前面應當留一空隙
4-6	熱 heat, 熱量 quantity of heat	4-6.A.a	英制熱單位 British thermal unit: Btu	1 Btu = 778.169 ft⋅lbf = 1 055.056 J 這只是本附錄中所用的英制熱單位，它等於第五屆國際蒸汽性質大會（倫敦，1956 年 7 月）所採用的「國際蒸汽表英制熱單位」。此外，以前還用過很多其他「英制熱單位」
4-7	熱流量 heat flow rate	4-7.A.a	英制熱單位每小時 British thermal unit per hour: Btu/h	1 Btu/h = 0.293 071 1 W
4-9	熱導率，（導熱係數） thermal conductivity	4-9.A.a	英制熱單位每秒英尺蘭氏度 British thermal unit per second foot degree Rankine: Btu/(s⋅ft⋅°R)	1 Btu/(s⋅ft⋅°R) = 6 230.64 W/(m⋅K)
4-10.1	傳熱係數 coefficient of heat transfer	4-10.A.a	英制熱單位每秒平方英尺蘭氏度 British thermal unit per second square foot degree Rankine: Btu/(s⋅ft²⋅°R)	1 Btu/(s⋅ft²⋅°R) = 20 441.7 W/(m²⋅K)
		4-10.A.b	英制熱單位每小時平方英尺蘭氏度 British thermal unit per hour square foot degree Rankine: Btu/(h⋅ft²⋅°R)	1 Btu/(h⋅ft²⋅°R) = 5.678 26 W/(m²⋅K)
4-14	熱擴散率 thermal diffusivity	4-14.A.a	平方英尺每秒 square foot per second: ft²/s	1 ft²/bfrac0.092 903 04 m²/s （準確值）
4-16.1	質量熱容 massic heat capacity, 比熱容specific heat capacity	4-16.A.a	英制熱單位每磅蘭氏度British thermal unit per pound degree Rankine: Btu/(lb⋅°R)	1 Btu/(lb⋅°R) = 4 186.8 J/(kg⋅K)（準確值）
4-19	質量熵 massic entropy, 比熵 specific entropy	4-19.A.a	英制熱單位每磅蘭氏度British thermal unit per pound degree Rankine: Btu/(lb⋅°R)	1 Btu/(lb⋅°R) = 4 186.8 J/(kg⋅K)（準確值）
4-21.1	質量能 massic energy, 比能 specific energy	4-21.A.a	英制熱單位每磅 British thermal unit per pound: Btu/lb	1 Btu/lb = 2 326 J/kg（準確值）
4-21.2	質量熱力學能 massic thermodynamic energy, 比熱力學能 specific thermodynamic energy
4-21.3	質量焓 massic enthalpy, 比焓 specific enthalpy
4-21.4	質量亥姆霍茲自由能 massic Helmholtz free energy, 比亥姆霍茲自由能 specific Helmholtz free energy
4-21.5	質量吉布斯自由能 massic Gibbs free energy, 比吉布斯自由能 specific Gibbs free energy, 比吉布斯函數 specific Gibbs function

附錄 B：供查考的其他單位，特別是關於換算因數（參考件）

供查考的其他單位，特別是關於換算因數

（參考件）

量的項號	量的名稱	單位項號	單位名稱和符號	換算因數和備註
4-6	熱 heat， 熱量 quantity of heat	4-6.B.a	15 ℃ 卡 15 ℃ calorie: cal₁₅	1 cal₁₅ 是 1 g 無空氣之水在 101 325 kPa 恆定壓力下，從 14.5 ℃ 加熱到 15.5 ℃ 所需的熱量。 1 cal₁₅ = 4.185 5 J 該值的不確定度為0.000 5 J。 國際純粹與應用物理聯合會於 1934 年公布了一個關於「克卡」的類似定義。上列換算因數是由國際測溫與量熱諮詢委員會提出，國際計量委員會通過（1950 年）的，作為以後可由實驗得出的最準確的值。該因數的不確定度為0.000 5 J
		4-6.B.b	國際蒸汽表卡 I. T. calorie: calIT	關於這個國際蒸汽表卡，第五屆國際水蒸氣性質大會（倫敦，1956年7月）所採用的定義是： 1 calIT = 4.186 8 J 1 McalIT = 1.163 kW⋅h（準確值）
		4-6.B.c	熱化學卡 thermochemical calorie: calth	1 calth = 4.184 J（準確值）

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附加說明：

本標準由全國量和單位標準化技術委員會提出並歸口。

本標準由全國量和單位標準化技術委員會第二分委員會負責起草。

本標準主要起草人陳銘錚。