定义

热力学温标可以通过下列过程引入 ：

假设一个可逆热机（如卡诺热机）在高温热源（温度 Θ Θ --> 1 {\displaystyle \Theta _{1}} ）和低温热源（温度 Θ Θ --> 2 {\displaystyle \Theta _{2}} ）之间工作，并且在高温热源吸收热量 Q 1 {\displaystyle Q_{1}} ，向低温热源放出热量 Q 2 {\displaystyle Q_{2}} ，其间向外界作功 W {\displaystyle W} 。那么，可逆热机的效率 η η --> {\displaystyle \eta } 可以表示为：

卡诺定理指出，可逆循环的效率只与高温热源和低温热源的温度有关，而与工作物质（工质）或工作路径等其它因素无关。也就是说， η η --> 12 {\displaystyle \eta _{12}} 仅仅是温度 Θ Θ --> 1 {\displaystyle \Theta _{1}} 和 Θ Θ --> 2 {\displaystyle \Theta _{2}} 的函数。为了方便下面的推导，不妨设：

另外，对于任意三个温度 Θ Θ --> 1 {\displaystyle \Theta _{1}} 、 Θ Θ --> 2 {\displaystyle \Theta _{2}} 、 Θ Θ --> 3 {\displaystyle \Theta _{3}} 的热源，考虑 1 → → --> 3 → → --> 2 {\displaystyle 1\rightarrow 3\rightarrow 2} 和 1 → → --> 2 {\displaystyle 1\rightarrow 2} 两个可逆过程。不妨设两个过程中，热机都从1号热源吸收了相同的热量 Q 1 {\displaystyle Q_{1}} 。另外，把两个过程中，热机最终释放给2号热源的热量分别记为 Q 2 {\displaystyle Q_{2}} 和 Q 2 ′ {\displaystyle Q"_{2}} ，把 1 → → --> 3 {\displaystyle 1\rightarrow 3} 过程中，热机释放给3号热源的热量记为 Q 3 i n {\displaystyle Q_{3in}} ，把 3 → → --> 2 {\displaystyle 3\rightarrow 2} 过程中，热机吸收自3号热源的热量记为 Q 3 o u t {\displaystyle Q_{3out}} 。为了保证两个过程的可逆性，

必须有 Q 3 i n = Q 3 o u t ≡ ≡ --> Q 3 {\displaystyle Q_{3in}=Q_{3out}\equiv Q_{3}} 。

必须有 Q 2 = Q 2 ′ {\displaystyle Q_{2}=Q"_{2}} 。

否则都将意味着热机运作过程中，有热量散失或有新的能量进入系统，这都违反了卡诺定理。

由此，容易证明：

（其中 ψ ψ --> ( Θ Θ --> ) {\displaystyle \psi (\Theta )} 为形式可选择的普适函数）

可以观察到， ψ ψ --> ( Θ Θ --> ) = Θ Θ --> {\displaystyle \psi (\Theta )=\Theta } 是可取的一种形式。即， f ( Θ Θ --> 1 , Θ Θ --> 2 ) = Θ Θ --> 2 Θ Θ --> 1 {\displaystyle f(\Theta _{1},\Theta _{2})={\frac {\Theta _{2}}{\Theta _{1}}}} 。

由于定义式只给出了两个温度的比值，仍需要一个标准点。1954年国际计量大会决定，取水的三相点（273.16K）作为标准点，作为热力学温标的定义。

通过推导过程，可以注意到：由于卡诺定理中，热量交换做功是与测温物质无关，所以通过上述方法取定的温标 Θ Θ --> {\displaystyle \Theta } （热力学温标）也与测温物质无关。

与其他温标的关系

参见

开尔文

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