教主的小说:温度计的发展过程

识别物体冷热的最简单的方法是利用人的触觉，但这种测温手段常常会有误。如我们将左手放入热水中，右手放入冷水中，然后再将两只手一起放入介于以上两个热度之间的温水中，两只手的感觉就完全不同，原来浸入热水中的左手会觉得凉，原来浸入冷水中的右手会感觉水热。在日常生活中尚难以用这种方法作出冷热的判断，在科学上就更无大的价值了。科学家需要一种既客观、又能给出具体数值的判定冷热的方法，这种需要促进科学家发明了温度计。

温度计的原理及最初发明

把两个冷热不同的物体放在一起，互相接触，经过一段时间后，两个温度就会达到相同的冷热程度。这时用科学术语说，它们相互达到了热平衡。再进一步，如果有三个物体A、B、C，其冷热程度不同，A和B互相隔开，并使A和B与物体C相接触。经过一段时间后，A和C及B和C都达到了热平衡。这时，如果再使A和B相接触，则会发现A和B之间不发生热传递，各自的温度也不发生变化。这说明A和B在开始接触时就处于热平衡状态。由此会得到一个结论：如果物体A和B都跟第三个物体C处于热平衡状态，则A和B也必定处于热平衡状态，即一切互为热平衡的物体都具有相同的温度。这就是用温度计测定物体温度的依据！

早在公元前250年，比扎提乌姆（Byzantium）的斐罗（Philo）就曾描述过加热使空气膨胀的各种实验。到公元100年，亚里山大里亚的黑伦（Heron）再一次描述过同样的实验。说明人类很早就认识到空气具有热胀冷缩的性质。这也就是最早的温度计所应用的原理。

最早的温度计究竟是谁发明的？曾经有过争论，有的人把最早的温度计的发明归功于荷兰的有名机械师德里贝尔（C．Drebbel）；也有人把这项优先权归功于帕杜亚的解剖学家桑托留斯（Sanctorius）；还有人把它归功于克拉科夫的神父保罗（Paul），伦敦的医生弗拉德（R．Fludd）及德国的盖里克。但现代的历史研究一致同意把温度计的发明归功于伽利略。1593年（伽利略的学生维维安尼给出的发明年代），伽利略用一个45厘米长的、麦杆粗细的玻璃管，一端吹成鸡蛋大小的玻璃泡，一端仍然开口。伽利略先使玻璃泡受热，然后把开口端插入水中，使水沿细管向上上升一定的高度。因为泡内的空气会随温度的变化发生热胀冷缩，水管内的水也会随之发生升降。这样就可以用水管内水位的高低表征玻璃泡内空气的冷热程度。这就是第一只温度计。伽利略的另一个学生卡斯特里（B．Castelli）亲眼看到伽利略在1603年进行实验讲演时使用了这种温度计。当然这种温度计是不会准确的，因为泡内空气会受大气压及温度起伏的影响，它实际上是一个温度气压计。同时伽利略在管子上的刻度也是任意刻划的。

1632年，法国物理学家雷伊（J．Ray）第一个改进了伽利略的温度计。他将伽利略的装置倒转过来，将水注入玻璃泡内，而将空气留在玻璃管中，仍然用玻璃管内水柱的高低来表示温度的高低。由于这项改进使水成了测温物质，实际上这成了第一只液体温度计。它的缺点在于，向上的管口没有封闭，由于水会不断蒸发，会影响到测量的准确性。科学家就在玻璃泡和玻璃管的相对大小上进行研究，以减少这种蒸发，使液体能在一年的过程中在整个玻璃管的长度内升降。尽管从今天的角度看来这种努力的方向不大对头，但从温度计发展完善的全过程来看，这种努力是有价值的，也是必然会出现的。没有当初在各个方面想方设法的改进，就不会有今天的完善。

1657年，佛罗伦萨西曼托（Cimento）科学院的成员们提出了密封管子的思想，并建议用酒精取代水作为测温物质，从而使最早的温度计进入了较为实用的阶段。

温度计的进一步完善

温度计的进一步完善和发展是沿着两个方向进行的，一是测温物质的选择；二是刻度标准的确定。

测温物质的研究和确定 除上述用酒精取代水作测温物质的尝试外，1659年法国天文学家布里奥（I．Boulliau）制造一个温度计，第一次使用水银作测温物质。他本人从1658年5月起至1660年9月，连续进行了两年多的温度观察记录，仅次于开始于1655年的佛罗伦萨的温度观察记录，成为现存最古老的温度记录之一。但到了18世纪，法国的勒奥默有鉴于水银的膨胀系数小，曾强烈反对使用水银作测温物质。他致力于制造一个既方便又能达到精度要求的酒精温度计。但由于他的温度计结果不好，并且不同的温度计也不一致，日内瓦的德吕斯（1727—1817）又恢复使用水银，并以一个物理学家的身份热情地呼喊：“自然界给我们这个矿物肯定是为了做温度计”。

1747年，荷兰的穆欣布洛克还发明一种特殊温度计，它是利用金属细杆的膨胀和收缩原理制成的。35年后韦奇伍德发明的高温计利用的正是这一原理。

1815年，杜隆和珀替还比较了水银温度计和空气温度计。他曾假定各个水银温度计彼此都是一致的，但勒尼奥证明，事情并非如此。勒尼奥还证明，在0℃和100℃之间，空气温度计和普通软玻璃水银温度计非常接近，但空气温度计的中间刻度落后于水银温度计约0．2℃左右。在250℃时，水银温度计的读数比空气温度计高半度以上；在300℃时两种温度计的差别已达1℃；350℃时差别达30℃。奥尔舍夫斯基还比较了氢温度计和水银温度计，发现在低温情况下，氢温度计还是十分可靠的，当-220℃时，它们的误差不大于1℃。

究竟什么物质作测温物质好，在一个时期内，物理学家的认识是相当混乱的。那时他们用“均匀膨胀与否”作为判断理想测温物质的标准，如那时常听人说“水银温度计的优点是水银会均匀地膨胀”，“空气温度计的优点是空气会均匀地膨胀或近似均匀地膨胀”。然而被用来确立这种均匀性的参考标准就很难给出，因为原则上我们可以取任何一种物质作为标准，然后就把那种物质的相等增量定义为温度的相等增量。但问题在于，若选定一种物质（比如水银）作为标准物质后，若断言该物质会“均匀”膨胀，这就武断了。况且当两种测温物质比较时，如果水银是任定的标准，则空气就不是完全均匀地膨胀，反之亦然。这种差别直到1848年才由开尔文勋爵第一个揭示出来。他建立了温度的“绝对热力学温标”，该温标不依赖于任何一种特定物质的特定性质，为温度计构成了一个比任何特定温标要好得多的基础。按照这个我们现在的最终的参考温标，空气温度计所给出的读数很近似于它。

刻度标准的研究和确定 从伽利略到布里奥，测温术从定性发展到定量，但读数还没有统一的标准。西曼托科学院的成员们为温度计选择了两个固定的温度：一个是冬冷，一个是夏热。冬冷是指最冷的冰冻时期的雪或冰的温度，夏热指奶牛或鹿的体温。在两个固定的温度点之间，他们又分成80或40个相等的间隔。1829年，曾在旧的玻璃器皿中发现了当年佛罗伦萨的

识别物体冷热的最简单的方法是利用人的触觉，但这种测温手段常常会有误。如我们将左手放入热水中，右手放入冷水中，然后再将两只手一起放入介于以上两个热度之间的温水中，两只手的感觉就完全不同，原来浸入热水中的左手会觉得凉，原来浸入冷水中的右手会感觉水热。在日常生活中尚难以用这种方法作出冷热的判断，在科学上就更无大的价值了。科学家需要一种既客观、又能给出具体数值的判定冷热的方法，这种需要促进科学家发明了温度计。

温度计的原理及最初发明

把两个冷热不同的物体放在一起，互相接触，经过一段时间后，两个温度就会达到相同的冷热程度。这时用科学术语说，它们相互达到了热平衡。再进一步，如果有三个物体A、B、C，其冷热程度不同，A和B互相隔开，并使A和B与物体C相接触。经过一段时间后，A和C及B和C都达到了热平衡。这时，如果再使A和B相接触，则会发现A和B之间不发生热传递，各自的温度也不发生变化。这说明A和B在开始接触时就处于热平衡状态。由此会得到一个结论：如果物体A和B都跟第三个物体C处于热平衡状态，则A和B也必定处于热平衡状态，即一切互为热平衡的物体都具有相同的温度。这就是用温度计测定物体温度的依据！

早在公元前250年，比扎提乌姆（Byzantium）的斐罗（Philo）就曾描述过加热使空气膨胀的各种实验。到公元100年，亚里山大里亚的黑伦（Heron）再一次描述过同样的实验。说明人类很早就认识到空气具有热胀冷缩的性质。这也就是最早的温度计所应用的原理。

最早的温度计究竟是谁发明的？曾经有过争论，有的人把最早的温度计的发明归功于荷兰的有名机械师德里贝尔（C．Drebbel）；也有人把这项优先权归功于帕杜亚的解剖学家桑托留斯（Sanctorius）；还有人把它归功于克拉科夫的神父保罗（Paul），伦敦的医生弗拉德（R．Fludd）及德国的盖里克。但现代的历史研究一致同意把温度计的发明归功于伽利略。1593年（伽利略的学生维维安尼给出的发明年代），伽利略用一个45厘米长的、麦杆粗细的玻璃管，一端吹成鸡蛋大小的玻璃泡，一端仍然开口。伽利略先使玻璃泡受热，然后把开口端插入水中，使水沿细管向上上升一定的高度。因为泡内的空气会随温度的变化发生热胀冷缩，水管内的水也会随之发生升降。这样就可以用水管内水位的高低表征玻璃泡内空气的冷热程度。这就是第一只温度计。伽利略的另一个学生卡斯特里（B．Castelli）亲眼看到伽利略在1603年进行实验讲演时使用了这种温度计。当然这种温度计是不会准确的，因为泡内空气会受大气压及温度起伏的影响，它实际上是一个温度气压计。同时伽利略在管子上的刻度也是任意刻划的。

1632年，法国物理学家雷伊（J．Ray）第一个改进了伽利略的温度计。他将伽利略的装置倒转过来，将水注入玻璃泡内，而将空气留在玻璃管中，仍然用玻璃管内水柱的高低来表示温度的高低。由于这项改进使水成了测温物质，实际上这成了第一只液体温度计。它的缺点在于，向上的管口没有封闭，由于水会不断蒸发，会影响到测量的准确性。科学家就在玻璃泡和玻璃管的相对大小上进行研究，以减少这种蒸发，使液体能在一年的过程中在整个玻璃管的长度内升降。尽管从今天的角度看来这种努力的方向不大对头，但从温度计发展完善的全过程来看，这种努力是有价值的，也是必然会出现的。没有当初在各个方面想方设法的改进，就不会有今天的完善。

1657年，佛罗伦萨西曼托（Cimento）科学院的成员们提出了密封管子的思想，并建议用酒精取代水作为测温物质，从而使最早的温度计进入了较为实用的阶段。

温度计的进一步完善

温度计的进一步完善和发展是沿着两个方向进行的，一是测温物质的选择；二是刻度标准的确定。

测温物质的研究和确定 除上述用酒精取代水作测温物质的尝试外，1659年法国天文学家布里奥（I．Boulliau）制造一个温度计，第一次使用水银作测温物质。他本人从1658年5月起至1660年9月，连续进行了两年多的温度观察记录，仅次于开始于1655年的佛罗伦萨的温度观察记录，成为现存最古老的温度记录之一。但到了18世纪，法国的勒奥默有鉴于水银的膨胀系数小，曾强烈反对使用水银作测温物质。他致力于制造一个既方便又能达到精度要求的酒精温度计。但由于他的温度计结果不好，并且不同的温度计也不一致，日内瓦的德吕斯（1727—1817）又恢复使用水银，并以一个物理学家的身份热情地呼喊：“自然界给我们这个矿物肯定是为了做温度计”。

1747年，荷兰的穆欣布洛克还发明一种特殊温度计，它是利用金属细杆的膨胀和收缩原理制成的。35年后韦奇伍德发明的高温计利用的正是这一原理。

1815年，杜隆和珀替还比较了水银温度计和空气温度计。他曾假定各个水银温度计彼此都是一致的，但勒尼奥证明，事情并非如此。勒尼奥还证明，在0℃和100℃之间，空气温度计和普通软玻璃水银温度计非常接近，但空气温度计的中间刻度落后于水银温度计约0．2℃左右。在250℃时，水银温度计的读数比空气温度计高半度以上；在300℃时两种温度计的差别已达1℃；350℃时差别达30℃。奥尔舍夫斯基还比较了氢温度计和水银温度计，发现在低温情况下，氢温度计还是十分可靠的，当-220℃时，它们的误差不大于1℃。

究竟什么物质作测温物质好，在一个时期内，物理学家的认识是相当混乱的。那时他们用“均匀膨胀与否”作为判断理想测温物质的标准，如那时常听人说“水银温度计的优点是水银会均匀地膨胀”，“空气温度计的优点是空气会均匀地膨胀或近似均匀地膨胀”。然而被用来确立这种均匀性的参考标准就很难给出，因为原则上我们可以取任何一种物质作为标准，然后就把那种物质的相等增量定义为温度的相等增量。但问题在于，若选定一种物质（比如水银）作为标准物质后，若断言该物质会“均匀”膨胀，这就武断了。况且当两种测温物质比较时，如果水银是任定的标准，则空气就不是完全均匀地膨胀，反之亦然。这种差别直到1848年才由开尔文勋爵第一个揭示出来。他建立了温度的“绝对热力学温标”，该温标不依赖于任何一种特定物质的特定性质，为温度计构成了一个比任何特定温标要好得多的基础。按照这个我们现在的最终的参考温标，空气温度计所给出的读数很近似于它。

刻度标准的研究和确定 从伽利略到布里奥，测温术从定性发展到定量，但读数还没有统一的标准。西曼托科学院的成员们为温度计选择了两个固定的温度：一个是冬冷，一个是夏热。冬冷是指最冷的冰冻时期的雪或冰的温度，夏热指奶牛或鹿的体温。在两个固定的温度点之间，他们又分成80或40个相等的间隔。1829年，曾在旧的玻璃器皿中发现了当年佛罗伦萨的

最早的温度计是在1593年由意大利科学家伽利略(1564～1642)发明的。他的第一只温度计是一根一端敞口的玻璃管，另一端带有核桃大的玻璃泡。使用时先给玻璃泡加热，然后把玻璃管插入水中。随着温度的变化，玻璃管中的水面就会上下移动，根据移动的多少就可以判定温度的变化和温度的高低。这种温度计，受外界大气压强等环境因素的影响较大，所以测量误差大。

后来伽利略的学生和其他科学家，在这个基础上反复改进，如把玻璃管倒过来，把液体放在管内，把玻璃管封闭等。比较突出的是法国人布利奥在1659年制造的温度计，他把玻璃泡的体积缩小，并把测温物质改为水银，这样的温度计已具备了现在温度计的雏形。以后荷兰人华伦海特在1709年利用酒精，在1714年又利用水银作为测量物质，制造了更精确的温度计。他观察了水的沸腾温度、水和冰混合时的温度、盐水和冰混合时的温度；经过反复实验与核准，最后把一定浓度的盐水凝固时的温度定为0℉，把纯水凝固时的温度定为32℉，把标准大气压下水沸腾的温度定为212℉，用℉代表华氏温度，这就是华氏温度计。

在华氏温度计出现的同时，法国人列缪尔(1683～1757)也设计制造了一种温度计。他认为水银的膨胀系数太小，不宜做测温物质。他专心研究用酒精作为测温物质的优点。他反复实践发现，含有1/5水的酒精，在水的结冰温度和沸腾温度之间，其体积的膨胀是从1000个体积单位增大到1080个体积单位。因此他把冰点和沸点之间分成80份，定为自己温度计的温度分度，这就是列氏温度计。?

华氏温度计制成后又经过30多年，瑞典人摄尔修斯于1742年改进了华伦海特温度计的刻度，他把水的沸点定为零度，把水的冰点定为100度。后来他的同事施勒默尔把两个温度点的数值又倒过来，就成了现在的百分温度，即摄氏温度，用℃表示。华氏温度与摄氏温度的关系为

℉＝9/5℃+32，或℃＝5／9(℉-32)。

现在英、美国家多用华氏温度，德国多用列氏温度，而世界科技界和工农业生产中，以及我国、法国等大多数国家则多用摄氏温度。

随着科学技术的发展和现代工业技术的需要，测温技术也不断地改进和提高。由于测温范围越来越广，根据不同的要求，又制造出不同需要的测温仪器。下面介绍几种。

气体温度计多用氢气或氦气作测温物质，因为氢气和氦气的液化温度很低，接近于绝对零度，故它的测温范围很广。这种温度计精确度很高，多用于精密测量。

电阻温度计分为金属电阻温度计和半导体电阻温度计，都是根据电阻值随温度的变化这一特性制成的。金属温度计主要有用铂、金、铜、镍等纯金属的及铑铁、磷青铜合金的；半导体温度计主要用碳、锗等。电阻温度计使用方便可靠，已广泛应用。它的测量范围为-260℃至600℃左右。?

温差电偶温度计是一种工业上广泛应用的测温仪器。利用温差电现象制成。两种不同的金属丝焊接在一起形成工作端，另两端与测量仪表连接，形成电路。把工作端放在被测温度处，工作端与自由端温度不同时，就会出现电动势，因而有电流通过回路。通过电学量的测量，利用已知处的温度，就可以测定另一处的温度。这种温度计多用铜——康铜、铁——康铜、镍铭——康铜、金钴——铜、铂——铑等组成。它适用于温差较大的两种物质之间，多用于高温和低浊测量。有的温差电偶能测量高达3000℃的高温，有的能测接近绝对零度的低温。?

高温温度计是指专门用来测量500℃以上的温度的温度计，有光测温度计、比色温度计和辐射温度计。高温温度计的原理和构造都比较复杂，这里不再讨论。其测量范围为500℃至3000℃以上，不适用于测量低温。