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溫度（temperature）是表示物體冷熱程度的物理量，微觀上來講是衡量物體分子（原子）熱運動劇烈程度的物理量。當我們感到一個物體比較熱的時候，就意味著它的分子（原子）在快速運動；當我們感到一個物體比較冷的時候，則意味著其內部的分子（原子）運動速度較慢。我們的身體是通過熱或冷來感覺這種運動的，而物理學家則是通過絕對溫標來描述和量化溫度的。

溫度是國際單位制中7個基本物理量之一。溫度是用溫度計測量的。溫度計在各種溫標中進行校準，這些溫標歷來使用各種參考點和溫度物質進行定義。最常見的標度是攝氏度標度（以前稱為攝氏度，表示為°C）、華氏標度（表示為°F）和開爾文標度（表示為K）。

在低溫或者高溫的情況下，物質的物理性質會發生變化，如物質的相（固態、液態、氣態或等離子體）、導電性、流動性等。溫度影響化學反應發生的速率和程度。

歷史

古代哲人對冷熱的各種見解以及他們測定冷熱程度的嘗試，都是建立在人們的感覺經驗基礎上的。對物質冷熱性質規律的了解還只處于樸素的直覺經驗階段，并沒有上升為科學的高度。古代人們對于冷熱程度的劃分，也是停留在感覺經驗基礎上的。

現在較公認的看法認為，溫度計的發明者是伽利略·伽利萊（Galileo）。他取細長玻璃管一根，一端連有玻璃泡，另一端開口，倒插于盛有著色水的容器中（見下圖），由管中水柱的升降來表示“熱度”（那時還沒有溫度的概念）。伽利略的裝置（1659年）沒有刻度，且與氣壓變化有關，很不精確，只能稱做驗溫器，說不上是溫度計。伽利略之后約180年內，經眾多人的努力，出現了愈來愈完善的溫度計，并創立了幾種溫標。建立一種溫標（temperature scale）需要三個要素：測溫物質、測溫屬性和固定標準點。一般說來此三要素都與物質的選擇有關，故稱經驗溫標。僅就固定標準點而言，早年建立而目前還在使用的溫標有：華氏溫標和攝氏度。

紀堯姆·阿蒙頓（Guillaume Amontons）開發了氣壓溫度計（1702年），并發表了兩篇關于溫度測量的著名論文（1702-03年）。他設計了一種測量溫度變化的方法，即恒定質量和體積的空氣壓力的比例變化。這種方法最終導致了19世紀溫度絕對零度的概念。

休·朗伯恩·卡倫達（H.L.Callendar），在1920年發明了一種基于鉑電阻率的精確溫度計；從那時起，鉑電阻溫度計就被規定用于測定國際公認的溫標定義點之間的溫度。

早期溫標的種類很多，除常見的攝氏度、華氏溫標外還有蘭氏、列氏等，都有各自相應的特點，當然也都存在上述缺點。由于經驗溫標存在著嚴重缺陷，在當時引起了溫度計量方面的混亂，影響了各國貿易的往來。隨著工業和科技的發展，人們希望能夠建立一種與工作物質的性質無關的溫標。開爾文于1848年提出了熱力學溫標，也稱開氏溫標。

1990年國際溫標（ITS-90）的熱力學溫度記為T，為了區別以前的溫標，用T90代表新溫標的熱力學溫度，其單位為開爾文（符號為K），定義為水三相點熱力學溫度的1/273.16。與此并用的攝氏度記為t90，單位是攝氏度（符號為℃）。

1990年國際溫標，根據給定定義固定點溫度值以及在這些固定點上分度過的標準儀器來實現熱力學溫標。各固定點間溫度依據內插公式使標準儀器的示值與熱力學溫標的溫度值相聯系。開爾文和攝氏度由兩個固定點定義：絕對零度和維也納標準平均海水的三點，維也納標準平均淡水是用特定的氫和氧同位素混合物專門配制的水。絕對零度定義為精確的0 K和?273.15°C。273.16 K和0.01°C的溫度被定義為水的三相點溫度。這個定義有以下目的：它將開爾文的大小固定為絕對零度和水的三相點之間差的273.16分之一；它確定了1開爾文的大小與攝氏度的大小完全相同；并確定了這些標度的零點之間的差異為273.15 K（0 K=?273.15°C和273.16 K=0.01°C）。

自2019年以來，有了一個基于玻爾茲曼常數的新定義，1開爾文被定義為“對應玻爾茲曼常數為1.380649×10-23 J·K-1的熱力學溫度”。

常見溫標

溫標的建立

所謂建立溫標，就是采用一套方法和規則來定義溫度的數值。當溫標確定之后，表示兩個系統之間達到熱平衡的標志就是它們具有相同的溫度數值。

溫標的建立應具備三個條件，即固定點、測溫儀器和內插公式。通常把定義固定點、測溫儀器、內插公式這三個條件稱為溫標的三要素。

固定點

在通常條件下，物質有三種狀態，即氣態、液態和固態。這三種狀態也被稱為三相。相是系統中物理和化學性質完全均勻的部分，這是物質分子集結的特定形式。在特定的溫度和壓力下，--種相可以轉變為另-種相、稱為相變。物質在相變過程中，會呈現二態或三態共存，而溫度恒定不變。物質不同相之間的可復現的平衡溫度稱為固定溫度點，簡稱固定點。要建立-個溫標，首先要選定定義固定點，并規定其溫度數值，其他溫度才能與之比較確定數值。

測溫儀器

定義固定點被確定后，要選一種測溫儀器，作為實現溫標的儀器。

內插公式

定義固定點的溫度值和測溫儀器確定后，用來確定任意點溫度值的數學關系式，稱為內插公式。它是用來描述固定點間溫度值的函數關系式。例如：假定某一測溫儀器的變量y與溫度t的變化呈簡單線性關系

首先，確定固定點的溫度數值t1，t2，則k，c的值就可以確定了，即

k，c確定之后，這個線性內插方程也就確定了，即

式中：y為測溫變量。通過測量變量y來求得任一溫度t。

實際上測溫變量與溫度的關系很少呈簡單的線性關系，多數都呈較為復雜的函數關系。

攝氏溫標

攝氏度是瑞典天文學家A·攝爾西烏斯（A.Celsius）于1742年制定的，也叫百分溫標。最初，他把水的冰點定為100℃，沸點定為0℃，這很不合人們的習慣。他的同事斯特雷默（M.Stromer）建議倒過來，把水的冰點定為0℃，沸點定為100℃，·這便是現在使用的攝氏溫標。用℃表示。攝氏溫標目前在生活中和科技中使用得最普遍。最初的溫度計以乙醇或水銀為測溫物質，選它們的熱膨脹作為測溫屬性。水銀溫度計仍是目前在常溫下最常使用的溫度計。以氣體為測溫物質的溫度計有兩種：定體氣體溫度計（以壓強為測溫屬性）和定壓氣體溫度計（以體積為測溫屬性）。此外，金屬的電阻溫度計和溫差電偶溫度計適用于從低到高很寬的溫度范圍，在科學技術中有著廣泛的應用。

華氏溫標

華氏溫標是德國物理學家D·華論海特（G. D. Fahrenheit）在1714年建立的。他規定冰和鹽的等量混合物的溫度為0 °F，人體正常溫度為96 °F（后來調整為98.6 °F），用°F表示。這樣，水的凝固點則為32 °F，沸點為212 °F，兩點的間隔為180 °F。目前只有英美在工程界和日常生活中還保留華氏溫標，除此之外較少有人使用了。

絕對溫標

絕對溫標是英國物理學家T.W.開爾文制定的，即以理論上的絕對零度定為零點的溫標，用K表示。定義水的液態，固態與氣態三種形式同時存在的溫度與絕對零度之間的間隔為273.15 K。

列氏溫標

列氏溫標為博物學家R.列奧米爾于1730年制定的。規定水的凝固點為0 °R，標準大氣壓下沸點為80 °R，用°R表示，曾一度流行，到1970年后實際上已廢棄。

幾種溫標的相互關系

熱力學溫度 = 攝氏度＋273.15

熱力學溫度 =（華氏溫度 - 32）× 5/9＋273.15

原理

動力學理論方法

詹姆斯·麥克斯韋（麥克斯威（上海）商貿有限公司）和路德維希·玻爾茲曼（Boltzmann）發展了一種動力學理論，對氣體中的溫度有了基本的理解。這一理論還解釋了理想氣體定律和觀察到的單原子（或“稀有”）氣體的熱容。

理想氣體定律是基于觀察到的壓力（p）、體積（V）和溫度（T）之間的經驗關系，早在空氣動力學理論發展之前就已經得到了認可（見波義耳定律和查爾斯定律）。理想氣體定律指出：

其中n是氣體的摩爾，R=8.314462618 J·mol?1·K?1是氣體常數。

動力學理論假設壓力是由單個原子撞擊墻壁的力引起的，所有能量都是平移動能。使用復雜的對稱性論點，路德維希·玻爾茲曼推導出了理想氣體中粒子速度的詹姆斯·麥克斯韋玻爾茲曼概率分布函數。根據該概率分布函數，單原子理想氣體的平均動能（每粒子）為

其中玻爾茲曼常數B是理想氣體常數除以阿莫迪歐·阿伏伽德羅數，是均方根速度。溫度和平均分子動能之間的直接比例關系是均分定理的一個特例，僅在理想氣體的經典極限下成立。它并不完全適用于大多數物質。

熱力學方法

熱力學是利用宏觀方法研究熱現象中物態轉變和能量轉換規律的一門科學，其中最重要的概念是熱平衡。

在熱力學中，根據系統達到熱平衡狀態的特征，得出通常所說的熱力學第零定律——在三個熱力學系統中，如果其中兩個系統中每一個系統都與第三個系統處于熱平衡，則它們彼此也必定處于熱平衡。該定律表明，一切互為熱平衡的系統必定具有一個數值相等的狀態參量，此參量稱為溫度。它是系統是否與其他系統處于熱平衡的標志，并能證明-切互為熱平衡的系統都有相同的溫度。

根據熱力學原理，定量理想氣體的熱狀態方程為：，式中：：氣體普適常數；：氣體的壓強；：氣體的體積；：氣體的熱力學溫度。

該式說明這一定量氣體的熱力學溫度（）表征了自身內能（）的大小。

以上敘述不僅指出了溫度的宏觀概念，而且還為測量溫度和檢定溫度計提供了依據。如選擇適當的系統作為標準溫度計，使其與待測溫度的系統或某支溫度計處于同一熱平衡狀態，這時，標準溫度計的溫度就等于待測系統或該溫度計的溫度。

熱力學溫標是英國物理學家開爾文于1848年以熱力學第二定律為基礎提出的與測溫物質無關的溫標。根據卡諾定理，與工作物質無關的兩個熱量之比應等于溫度之比，即

開爾文提出此溫標后，于1854年建議用一個固定點來確定此溫標。喬克（Glaue）于1938年提議用冰點作為該溫標的固定點。之后，人們發現水的三相點（273.16K）的穩定性能長期維持在0.1mk范圍內。因此，1954年第10屆國際計量大會決定采用水的三相點作為熱力學溫標的基本固定點，此溫標的表達式為

這種溫標的最大特點是與選用的測溫介質性質無關，克服了經驗溫標隨測溫介質而變的缺陷，故稱它為科學的溫標或絕對熱力學溫標。由此面得的溫度稱為熱力學溫度。從此所有的溫度測量都以熱力學溫標作為基準。

強烈的可變性

在熱力學術語中，溫度是一個密集變量，因為對于給定的物體，它等于一個廣泛變量相對于另一個的導數系數。因此，它具有兩個廣泛變量之比的維度。在熱力學中，兩個物體通常被認為是通過與公共壁接觸而連接的，公共壁具有一些特定的滲透特性。這種特定滲透率可以稱為特定的密集變量。一個例子是一個透熱壁，它只能透過熱量；這種情況下的強度變量是溫度。當兩個物體通過特定的滲透壁連接很長一段時間，并穩定在永久穩定狀態時，兩個物體中的相關密集變量是相等的；對于透熱壁，這種說法有時被稱為熱力學第零定律。

特別是，當物體通過陳述其內能U（一個廣義變量，作為其S的函數）和其他狀態變量V，N來描述時，其中U=U（S，V，N），則溫度等于內能相對于熵的偏導數：

同樣，當物體被描述為其熵S是其內能U和其他狀態變量V，N的函數，其中S=S（U，V，N）時，溫度的倒數等于熵相對于內能的偏導數：

開爾文的定義，是由開爾文建立的。它指的是對物質轉移封閉的系統，并特別強調直接的實驗程序。約西亞·吉布斯對熱力學的介紹從更抽象的層面開始，涉及對物質轉移開放的系統；在熱力學的發展過程中，上面的兩個方程實際上是溫度的替代定義。

局部熱力學平衡

現實世界中的物體往往不處于熱力學平衡狀態，也不均勻。對于經典不可逆熱力學方法的研究，物體通常在空間和時間上被概念上劃分為小尺寸的“細胞”。如果物質的經典熱力學平衡條件在這樣的“細胞”中得到了很好的近似，那么它是均勻的，并且存在溫度。如果身體的每個“細胞”都是這樣，那么局部熱力學平衡就被認為在整個身體中占主導地位。

基礎理論

溫度是衡量物質狀態特征的指標。這個特征可以被視為比任何測量它的特定溫標都更抽象的實體，一些人稱之為熱。熱度是指僅在特定位置的物質狀態，通常，除了處于熱力學平衡穩定狀態的物體外，熱度因地而異。在特定的地方，物質不一定處于穩定且幾乎均勻的狀態，從而使其具有明確的熱度或溫度。熱度可以抽象地表示為一維流形。每個有效的溫標都有自己的一對一映射到熱度歧管中。

當兩個熱接觸的系統處于相同的溫度時，它們之間沒有熱傳遞。當溫差確實存在時，熱量會自發地從較暖的系統流向較冷的系統，直到它們處于熱平衡狀態。這種熱傳遞通過傳導或熱輻射發生。

處于熱力學平衡狀態的物體

對于實驗物理學來說，熱性意味著，當比較任何兩個給定物體在各自獨立的熱力學平衡中時，任何兩個具有數值刻度讀數的適當給定的經驗溫度計都會同意兩個給定的物體中哪個更熱，或者它們的溫度相同。這并不要求兩個溫度計的數值刻度讀數之間存在線性關系，但要求其數值讀數之間的關系應嚴格單調。根據熱輻射的Wien位移定律，可以獨立于量熱法、熱力學和特定物質的性質，對更大的熱度有明確的感覺：熱輻射浴的溫度通過一個通用常數與其頻譜最大值的頻率成比例；這個頻率總是正的，但是可以具有趨向于零的值。熱輻射最初是為處于熱力學平衡的空腔定義的。這些物理事實證明了一個數學陳述，即熱存在于有序的一維流形上。這是處于自身熱力學平衡狀態的物體的溫度和溫度計的基本特征。

除了經歷一階相變（如冰融化）的系統外，當封閉系統接收熱量時，其體積沒有變化，作用在其上的外力場也沒有變化，其溫度會上升。對于一個經歷如此緩慢的相變以至于可以忽略偏離熱力學平衡的系統，當系統被提供潛熱時，其溫度保持恒定。相反，在沒有相變、體積沒有變化、作用在其上的外力場沒有變化的情況下，封閉系統的熱量損失會降低其溫度。

物體處于穩定狀態但不處于熱力學平衡狀態

雖然對于處于自身熱力學平衡狀態的物體，溫度的概念要求所有經驗溫度計必須就兩個物體中哪一個更熱或它們處于相同的溫度達成一致，但這一要求對于處于穩態但不處于熱力學平衡的物體來說是不安全的。那么，不同的經驗溫度計很可能對哪個更熱存在分歧，如果是這樣，那么至少有一個物體沒有明確定義的絕對熱力學溫度。然而，對于一系列合適的過程，任何一個給定的物體和任何一個合適的經驗溫度計仍然可以支持經驗、非絕對、熱度和溫度的概念。這是非平衡態熱力學研究的問題。

非穩態的物體

當一個物體處于非穩態時，溫度的概念就變得比不處于熱力學平衡的穩態物體更不安全。這也是非平衡態熱力學研究的一個問題。

熱力學平衡定律

對于熱力學平衡的定律化處理，自20世紀30年代以來，提及熱力學第零定律已成為慣例。這種定律的習慣性最低版本只假設所有物體在熱連接時處于熱平衡狀態，根據定義應該說它們具有相同的溫度，但其本身并沒有將溫度確定為一個以實數表示的量。這種定律的一個更具物理信息的版本將經驗溫度視為熱度流形上的圖表。雖然第零定律允許定義許多不同的經驗溫度標度，但熱力學第二定律選擇了一個優選的開爾文的定義，該溫度在任意標度因子下都是唯一的，因此稱為熱力學溫度。如果內能被認為是熱力學平衡中均勻系統的體積和熵的函數，則熱力學絕對溫度表現為內能相對于恒定體積下熵的偏導數。它的自然、內在原點或零點是絕對零，在絕對零處，任何系統的熵都處于最小值。盡管這是該模型所描述的最低絕對溫度，但熱力學第三定律假設任何物理系統都不能達到絕對零度。

測量

由于溫度本身是一個抽象的物理量，對溫度的測量也與其他測量有很大不同。溫度不像長度、質量和時間等物理量，它不能直接與標準量比較而測出，必須通過測量某些隨溫度而變化的物體的性質來反映，這些物體的性質包括幾何尺寸.彈性、電導率、熱電勢和輻射強度等。通過測出某個參數的變化就可以間接地得到被測物體的溫度，這就是溫度計的測溫原理。

溫度測量的方法很多，一般根據傳感器是否與被測介質直接接觸，分為接觸式測溫和非接觸式測溫兩大類。

接觸式測溫

接觸式測溫是指通過傳感器與被測對象直接接觸進行熱交換來測量物體的溫度。按測溫原理分為膨脹式，壓力式，熱電阻式和熱電偶式四類。例如，利用介受熱膨脹的原理來檢測溫度，如水銀溫度計，壓力式溫度計和雙金屬溫度計等。有利用物體電氣參數隨溫度變化的特性來檢測溫度，如熱電阻、熱敏電阻、電子溫度傳感器和熱電偶等。

接觸式測溫簡單可靠，而且測量精度較高，因此應用廣泛。但是由于測溫元件需要與被測介質進行充分接觸才能達到熱平衡，需要一定的時間，因而會產生滯后現象，而且可能與被測對象發生化學反應。另外，由于耐高溫材料的限制，接觸式測溫一般難以用于高溫測量。

非接觸式測溫

非接觸式測溫是通過接收被測物體發出的熱輻射來測定溫度的，測溫原理主要是輻射測溫。實現這種測溫方法，可利用物體表面熱輻射強度與溫度的關系來檢測溫度。根據檢測輻射功率的不同，可分為全輻射法﹑部分輻射法、單一波長輻射功率的亮度法及比較兩個波長輻射功率的比色法等。非接觸式測溫由于傳感器不與被對象接觸，因而測溫范圍很廣，測溫上限不受限制，測溫速度較快，而且可以對運動的物體進行測量。但是由于受到物體的熱發射率，被測對象到儀表之間的距離，煙塵和水汽等其他介質的影響，一般測溫誤差較大.精度較低，因此通常用于高溫測量。

表5.1列出了各種常用測溫儀表的測溫原理和基本特性。

應用

物理學

在低溫或者高溫的情況下，物質的物理性質會發生變化，如物質的相（固態、液態、氣態或等離子體）、導電性、流動性等。

低溫

只要溫度足夠低，一切氣體都將被液化，液化的溫度隨氣體不同而異。因此早期獲取低溫的工作是與氣體的液化密切相關的。到十八世紀末，人們已經實現了氨和二氧化碳氣體的液化；十九世紀前中葉，通過邁克爾·法拉第等人的工作，當時已知的氣體中除了氫、氧、氮等六種氣體外，全部都能夠被液化，而液化這六種氣體的一切努力均以失敗告終，因此它們當時被稱為“永久氣體”。

荷蘭物理學家海克·昂內斯在萊登建立起一個低溫實驗室，進行了卓有成效的研究，終于在1908年成功地使氨液化，從而消除了最后一種“永久氣體”，得到了-269℃的低溫。

隨著低溫技術的發展，人們又嘗試將氣體固化，并獲得了成功，但是，所有固化氦的努力又都以失敗而告終。實驗表明，只有給氦加上二十多個大氣壓，才能產生固態的氦，而在常壓下，即使在絕對零度附近，氦也不會固化。于是，氦又獲得了“永久液體”的稱號。

1908年，海克·昂內斯液化了最后一種永久氣體氦之后，繼續從事低溫物理的研究，三年后，他做了這樣一個實驗：將水銀冷卻到零下40℃以下，使它凝固成一條線，然后繼續冷卻到零下269℃附近（4.2K）時，在水銀線上通過幾毫安的電流，并測量它兩端的電壓。這時發現，當溫度稍低于4.2K時，水銀的電阻突然消失了。這種奇異的現象，引起了人們極大的興趣，人們把這種電阻突然消失的零電阻現象，稱為超導電現象﹔把具有超導電性質的物質，稱為超導體，把物質所處的零電阻的狀態稱為超導態，而將電阻突然變為零時的溫度，稱為臨界溫度，通常以Tc表示。

由于超導體的奇異性質，它在科學技術和工業上有著廣泛的應用前景。

在遠距離輸電方面，使用超導材料可以沒有電阻損耗（通常銅線的損耗為5-15%），因此同樣的燃料可以給出更多的有效功率，而且不必采用高壓輸電。

在運輸方面，可制作不與鋼軌接觸的磁懸浮列車，即利用超導電流產生的永恒磁場可以將機車懸浮于軌道之上高速行駛，時速可達五百公里以上。

在醫學上，超導核磁共振層析儀（俗稱CT）已經能給出人體任一部位的剖面圖，其分辨本領與清晰程度遠遠超過X射線或超聲儀器，在醫學診斷上有很高的價值。

僅就超導薄膜材料而言，就有著廣闊的應用前景。由于超導薄膜沒有電阻，用它制成的天線、諧振器、濾波器、延遲線等微波通訊器件則有著常規材料（金，銀等）不可比擬的高靈敏度。未來將要誕生的超導計算機可以在無阻不發熱情況下高效運行，其運算速度可達到每秒幾十億次。

此外，在電子技術上，可用超導材料制成性能優越的冷子管；在電工技術上，可利用超導體的特性制成大動率的超導發電機，并可制作能使熱能不經過機械轉換直接變成電能的磁流體發電裝置；利用超導體的完全抗磁性還可制作超導無摩擦軸承；以及利用超導體內可載有巨大的電流而無損失的特性制做超導儲能器等等。

氦在4.2K時液化，在4.2K到2.17K之間，液氦象通常一樣，遵循著普通流體的規則。但當溫度低到2.17K以下時，它卻變成了一種非常奇異的流體：如果你“拿”著一杯液態氦，不去理會，液氦會自動地在杯底外端集結，一滴一滴地跌落，同時杯內的液面逐漸降低，像是杯底有個漏洞，在讓液氦漏出去一樣。用更嚴謹的方式來敘述，液氦不是由杯底“漏出”，而是以薄膜的形式沿著杯壁自己爬出容器的。與此現象相仿，盛在容器中的液氦，還能自如地流過半徑小于10-5厘米的小洞。這種現象是蘇聯物理學家卡皮查在1937年發現的，被稱為“超流現象”。

處于超流狀態的氦還有一個奇異現象：如果給液氦中的某一局部加一個“熱脈沖”，即使局部產生一個溫度的迅速變化，那么溫度就會象聲波一樣在液體里傳播。

高溫

隨著溫度的升高，物態將按固態——液態—-氣態的順序發生變化，而溫度愈高，表明物質分子的熱運動愈劇烈，平均動能愈高，開始彼此分離，分子受熱時分裂為原子的過程稱為“離解”。

如果在離解的基礎上再進一步升高溫度，原子的外層電子就會擺脫原子核的束縛而成為自由電子，失去電子的原子則變成帶正電荷的離子，這個過程稱為“電離”。當氣體中足夠多的原子被電離后，這種電離的氣體已不是原來的氣體了，而轉化成為新的聚集態——等離子態。

等離子體在性質上與普通氣體有很大的差別。如普通氣體中的粒子主要進行雜亂無章的熱運動，而在等離子體內，除了熱運動之外，還能夠產生等離子體振蕩。特別是在有外磁場存在的情況下，等離子體的運動將受到磁場的影響和支配，這是等離子體與普通氣體的主要區別。但是，從另一方面來看，由于等離子在宏觀上呈電中性，同時它又是氣體，故-一般的氣體定律及許多關系仍然適用于等離子體。

人為地創造條件而產生的等離子體，如夜間霓虹燈的鮮艷色彩，就是和的等離子體產生的。另外，在日光燈、火焰和氫彈爆炸中均存在著等離子體。

與地球上的情況完全相反，現在已經知道，在宇宙中約有百分之九十九點九以上的物質都處于等離子體態。在恒星內部，電離由高溫而產生；在稀薄的星云和星際氣體內，電離則由恒星的紫外輻射而引起；就連地球大氣上層被太陽的輻射電離而形成的電離層，也是由等離子體組成的。因此，就整個宇宙來說，等離子體是宇宙中物質存在的普遍形式。

因此，要從核聚變中獲取能量，只有采用人工的方式將聚變材料加熱到極高的溫度。因為溫度是粒子平均動能的量度，在極高溫度下，核和核所對應的動能才能克服靜電斥力而實現聚變。計算表明，當溫度達到一兩億攝氏度時，氘、氚就具有了為實現大量聚變所需的動能。

1991年11月9日，歐洲聯合核聚變環形試驗裝置里已實現了人類首次受控核聚變，產生出了1.8兆瓦電力的聚變功率，持續時間是2秒，溫度達到3億攝氏度，這比太陽內部的溫度還要高20倍。可以想見，人類利用受控核聚變的日子已不再遙遠。