三相點是指在熱力學里，可使一種物質三相（氣相，液相，固相）共存的一個溫度和壓強的數值。例如：把一定量的冰和水放入一個已抽成真空的密封玻璃容器中。冰、水、水蒸汽就達到了三態平衡共存的狀態。
通過測量可以知道，溫度為273.16K（0.01℃）、壓強為4.581mmHg。如果用p-T圖來表示，它就是汽化曲線OK、溶解曲線OL與升華曲線OS的交點O，稱為水的三相點，圖稱為水的三相圖。
不同物質的三相點可以用于制定溫度標準，不同的物質也有不同的三相點，ITS-90定義了不同三相點（ITS-90是1989年7月第77屆國際計量委員會“CIPM”批準的國際溫度咨詢委員會“CCT”制定的新溫標，中國從1994年1月1日起全面實行ITS-90國際溫標）。例如，二氧化碳是ITS-90定義的二類固定點，其三相點溫度為216.5909K，壓強為517.98kPa；汞的三相點溫度為234.3156K，壓強為3330.6MPa。
定義解析
通常將物質固、液、氣三相共存的狀態點稱為三相點。由物質的p-v-T狀態曲面（可知，三相點并不只是一個狀態點，而是指滿足固、液、氣三相共存狀態的點的集合（其中包括三相點的飽和液狀態A和飽和氣狀態B），在p-V圖上，它們形成一條直線，稱為三相線。一般而言，物質三種不同相共存的狀態點都稱為三相點。
根據吉布斯相律，對純質而言，在三相點，相數為3，自由度（即獨立強度參數）的數目為0，所以三相點的壓力和溫度為常數，其值隨物質而異。
由圖可知，三相點TP是汽液共存曲線（即飽和蒸汽壓曲線）上的最低點，當壓力低于pTp時，液相不可能再存在。所以，三相點的壓力是最低的飽和壓力；三相點的溫度是最低的飽和溫度。與三相點相反，臨界點c是汽液共存曲線上的最高點，當溫度高于to時，液相也不可能存在。臨界溫度是最高的飽和溫度；臨界壓力是最高的飽和壓力。
典型物質三相點
水
水的三相點的壓力和溫度分別為：
pTp=0.006112bar
tTp=0.01℃
水的冰點是人們熟知的溫度定點。水的三相點與冰點并不相同。冰點是指純水中含有飽和空氣而形成的二組分系在液相壓力為760mmHg時的熔點。
三相點TP與冰點（0℃）的溫度差由兩部分組成：其中的第一部分是由于純水的熔解曲線向左邊傾斜引起的溫度差，其值△t=7.43x10-3℃；第二部分是由空氣溶解在純水中而使冰點下降的部分，其值△t=2.4x10-3℃。所以，三相點與冰點的溫度差△t=△t1+△t?=9.83x10-3℃，取整后0.01℃。所以，水的三相點的開爾文為273.16K。
冰點的壓力為760mmHg，而三相點的壓力為4.579mmHg，上述水的三相點的溫度和壓力的數值，是在1938年由中國物理化學家黃子卿所測定的。他用實驗證實了溶解在水中的空氣對水的三相點的影響，同時精確地測定了水的三相點。根據冰點的定義，在760mmHg壓力下，冰水混合物的溫度，僅當此時水中所含空氣達到飽和狀態時，才是0℃，而這一條件往往難以控制。所以，1954年第十屆國際計量會議決定采用水的三相點（273.16K）為國際實用溫標的標準定點，而不再以水的冰點和汽點為標準點。
對水而言，除了普通的冰（即冰I）以外，在2000bar以上的超高壓區域，還有五種變態的固態（稱為冰、Ⅱ、Ⅲ、V、VI和VII）
所以除了上述固、液、氣三相點外，在超高壓區域，還有六個三相點。但是，在工程熱力學中一般所說的三相點均指固、液、氣共存的三相點。
汞
汞三相點是ITS一90溫標新的定義固定點，其賦值溫度，Tgv=234.3156KJ。汞是金屬中熔點最低、唯一在室溫下為液態的金屬。由于它在0~300℃之間的體膨脹線性度很好，所以很早就被用來作為液體玻璃溫度計和壓力式溫度計的測溫物質。與其它作為0℃以下定義固定點的工作物質相比較，在熱物性方面最大的區別是汞的熱擴散系數比固態或液態、氧、和氫等大將近兩個數量級，比玻璃大一個數量級，而與鉻鎳鋼的熱擴散系數相近。驗結果表明，復現性為±0.1mK，平均熔化溫度與平均凝固溫度的差為0.1mK，不同密封容器間的差小于0.2mK。
二氧化碳
二氧化碳是ITS-90定義的二類固定點，廣泛存在于自然界，無毒且易于獲得，其三相點溫度比汞三相點低18K、壓力為517.98KPa，三相點時液態密度為1178kg／m3，固態密度為1560kg／m3。
六氟化硫
六化硫是人工合成的惰性氣體，無色、無臭、無毒、不易燃，物理和化學性質穩定，但具有強烈的溫室效應。六氟化硫的三相點壓力為0.231MPa，三相點時的液態密度為1845.02kg/m3、固態密度為2279kg/m3，三相點的固態和液體密度均高于二氧化碳；蒸氣壓力低于二氧化碳，常溫時液態壓力約2.5MP，約為二氧化碳的1/3。以六氟化硫三相點代替汞三相點，溫度計分度值在13.8033～273.16K范圍，比汞的三相點溫度約低11K。
熱學圖表
熱力學面
根據狀態方程F（p，v，T）=0，工質的全部熱力學狀態在p-v-T三維直角坐標系中構成的曲面稱為工質的熱力學面。p-v-T熱力學面清晰地反映了物質的狀態、三種集態及其相變過程，如圖所示。
p-T圖
p-v-T熱力學面在p-v坐標面和p-T坐標面上的投影稱為p-v圖和p-T圖。p-v圖是描述熱力狀態及熱力過程的重要狀態參數坐標圖，。物質的p-T圖由于清楚地反映了固、液、氣三相間的關系，故稱為相圖，如圖所示。
在的p-T圖中，畫出熔點和壓強的關系曲線OL（熔解曲線）可表示固、液兩相存在的區域；同時，融解線S-L，氣化線L-V和升華線S-V的交點是熱力學面中三相線的投影，稱為三相點。對于確定的物質，其三相點的后力和溫度是確定的，例如：氧氣的三相點壓力是0.152kPa，溫度是54.35K。
相關概念
溫度
通俗地說來，溫度表征著物體冷熱的程度。最初人們憑藉自己的直覺來感知物體的冷熱。但是單憑人們的直覺不能定量地表示物體的溫度，而且有時還會得到錯誤的結果。為了正確地表示物體的溫度必須對溫度的概念給出一個嚴格的科學定義。溫度概念的建立和溫度的定量測量，其實驗基礎是熱力學第零定律。該定律的定義是：與第三系統處于熱平衡的任何兩個系統必然彼此達到熱平衡；而每一個系統存在著一個平衡態的參量的函數，我們叫它為溫度。而兩個系統溫度相等是它們之間熱平衡的條件。
溫標
給溫度以定量表示的方法稱為溫標。換句話說，溫標是表示溫度數值即溫度間隔的大小。各種不同的溫度計的數值都可由溫標決定。溫度可以用系統中的任何一個與溫度有關的性質來決定。溫度的分度可根據各種物理性質進行，例如沸點、熔點、相變點和超導轉變點等。也可用物質的某些物理參數來進行分度，如：氣體的熱膨脹；純金屬、合金和半導體的電阻；金屬的熱電勢；氣體在低溫下傳播的速度；順磁性物質的磁化率；半導體二極管的電壓降以及電容器的電容等。
溫度固定點
按國際實用溫標復現的溫度應盡可能接近熱力學溫度。1968年國際實用溫標是以一些可復現的平衡狀態（所定義的固定點）溫度的給定值以及在這些溫區分度用的標準儀器作作為基礎的并對固定點的插補公式作了規定。這些公式建立了標準儀器示值和國際實用溫標值之間的關系。所定義的固定點是利用純物質各相間可復現的平衡狀態所建立的溫度點。
相關研究
水源對水三相點溫度的影響
水三相點是熱力學溫度的唯一參照點，也是ITS-90國際溫標重要的定義固定點。因此，在溫度測量、溫度量值的準確傳遞中發揮著重要作用。水三相點溫度取決于水三相點容器內水的氫氧同位素的組成，故ITS-90國際溫標補充資料要求容器內的水應具有很高的純度，且含有與天然海洋水相同的同位素成分。然而，多數國家并未采用海洋水而多采用淡水來制作水三相點容器。此外，淡水的同位素組成也隨其所處的緯度、經度及季節的不同存在明顯的差異。水源不同，水中氫氧同位素的組成不同，則不同水源的水三相點容器復現的水三相點溫度值將存在差異。
三相點容器國際關鍵比對中，新西蘭的國家實驗室（MSL）采用了氫氧同位素修正，導致其國家基準水三相點值比關鍵比對參考值偏高117μK，無法進入關鍵比對等效線。同時，溫度咨詢委員會（CCT）并未推薦國家實驗室采用統一的公式來修正同位素引起的偏差，且多數國家實驗室也未開展此方面的研究工作。鑒于上述原因，為了減小不同國家實驗室復現水三相點的系統偏差，CCT建議各國家實驗室開展水源對水三相點溫度的研究，并希望能重新定義開爾文開爾文。
不同水源的水三相點容器均是按照相同的制作工藝來研制的，且采用相同的凍制方法、相同的測量設備。在此基礎上，通過容器比對研究了水源對水三相點溫度的影響。從比對結果中可以看出，4種不同水源的容器所復現的水三相點值在±0.02mK范圍內一致。由此，推斷出不同區域的水源對水三相點溫度的影響很小。
水三相點容器
采用中國計量科學研究院2021年最新研制硼硅玻璃和石英玻璃水三相點容器，并分析內部高純水的氫氧同位素組成。通過水錘沖擊效應判斷容器內殘余氣體的含量：來回倒置容器，發出尖銳的咔嚓聲。這表明容器內有很少的非水蒸氣外的殘余氣體，有相當高的真空度。圖為新制水三相點容器的材質與編號。
通過對中國計量科學研究院研制的帶氫氧同位素分析報告的高準確度硼硅玻璃、石英玻璃水三相點的研究，得出以下結論：
（1）對于新制作的高準確度水三相點容器，采用氫氧同位素修正可顯著減小水三相點容器間的差異。同位素修正前，水三相點容器復現的水三相點溫度差值在0.058mK范圍內；同位素修正后，容器間差值縮小至0.017mK。因此，氫氧同位素修正是減小水三相點容器差異的關鍵之一。
（2）依據實驗結果對高準確度水三相點容器水三相點復現的不確定度進行評定，其水三相點復現的擴展不確定度為0.066mK（k=2）。
（3）高準確度水三相點容器具有相同的水源，然而容器內氫氧同位素存在差異，產生的原因主要是同位素分餾效應引起的。
參考資料 >