温度计的历史进程

来源：斯坦尼斯刘夫斯基 回到2049 2019-06-16

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今天我们来说说温度计的发明。在温度计发明之前，古人靠经验来表述温度的高低，比如说热成狗、冻死狗，也不知道狗就招谁惹谁了。而我国古人还摸索出了一种稍微高级一点的检测温度的办法，这就是烧制陶瓷用的“照子”。这个照子简单说就是用来判别窑火温度的泥胚样品，通常为片状，中间打孔，与陶瓷胚料同时放入窑中烧制。在烧制的过程中，窑工可以通过铁钩取出照子，观察其烧结程度，这样就可以判别窑内的温度达到了什么程度。毫无疑问，这种技术全靠窑工的经验积累，无法定量，更无法精确地测量温度。

正八经的温度计是西方近代科学革命的产物，1592年，伽利略首先发明了一种利用空气的热胀冷缩性质的气体温度计，这个温度计很简单，就是一根细长的玻璃管，一端开口，另一端则是一个鸡蛋大小的玻璃泡。使用时，先用手把玻璃泡捂热乎了，然后让玻璃泡的一端在上，把玻璃管竖直插入到水中，这便形成了一个简单的气体温度计。被水封住的这段空气就是测温物质，当外界空气温度上升或下降时，玻璃管中水柱的液面位置就会对应的下降或上升，而如果在玻璃管上标有刻度的话，那么就可以指示温度了。尽管不清楚伽利略当年是如何标记温度的，但他在一本书中明确提到了温度的度数。不过由于这种温度计会受到气泡内空气温度以及外界气压的影响，所以误差比较大。

伽利略温度计

就在同一时期，受伽利略的启发，他的朋友、意大利医学教授桑克托留斯在1612年发明了一种蛇形的气体温度计，上端的玻璃泡可以放入病人口中，这样一来，从下方的水柱高度就可以查看病人体温的变化，这就是世界上最早的体温计。

桑克托留斯

桑克托留斯体温计

鉴于气体温度计误差较大的缺陷，1632年，法国医生让-莱伊把伽利略的温度计给倒过来了，让玻璃泡位于下方，并在其中充入水，把水作为测温物质，温度则通过玻璃管中水柱的高度来体现，不过这种温度计的玻璃管上方是开放式的，所以会受到水蒸发的影响。虽然不是很靠谱，但是让-莱伊却为人们打开了一个新思路，那就是液体温度计要更具有使用价值。

温度计下一次的重大进展由美第奇家族的第五位托斯卡纳大公斐迪南二世组织完成，他组织了一批科学家，在试验了多种液体后，发现酒精的热膨胀效果比较明显，同时，他们把玻璃管的上端融化封闭，这样就在1654年制成了世界上第一支不受外界气压影响的温度计。但是酒精依然不够完美，完美测温物质的发现还要等上60年。1714年，德国气象仪器制造者华伦海特发明了水银温度计，对温度变化的精细掌握变得不再困难。但是华伦海特并不满足于此，温度变化虽然已经可以精细掌握，但直到此时，人们还没有一套客观的体系来描述温度的高低，如果没有这一标准，温度计对温度再敏感也没什么用，于是华伦海特开始着手创立温标，而这也是相比于改进温度计，华伦海特更大的贡献所在。

斐迪南二世

温标就是使温度数值化的标尺，而要想确立温标，最重要的就是找出几个基准点。1724年，华伦海特选择了三个基准点：一是为避免温度中出现负数，华伦海特选择了氯化铵与冰、水混合物的温度为0度；二是冰、水混合物的温度为32度；三是把温度计置于人的口中或腋下，可以得到人体温度为96度。后来人们又做了修订，把水在标准大气压的沸点确定为212度，这样水的冰点和沸点之间就相差180度。这就是华氏温标，也就是华氏度，为了纪念华伦海特，华氏温标的单位记做℉。目前世界上使用华氏温标的只有美国等少数几个国家。

华伦海特

而目前全世界应用最广泛的自然就是摄氏温标了。摄氏温标由瑞典人摄尔修斯确立，摄尔修斯一生主要在乌普萨拉大学从事天文学研究，不过天文学倒没研究出来什么，反而在温度计量上搞出了一个大新闻。1742年，摄尔修斯在《对温度计上两个固定点的观察》这篇论文中，描述了他的温标系统，这种温标把标准大气压下水的冰点和沸点之间划分为100度，当时他采取的是冰点100度、沸点0度的方案，这样就可以避免低温为负数的结果，也不知道当时人们怎么就这么难以接受负数。但是这一方案明显与人们的习惯相悖，温度越来越高，数值却越来越小，怎么看怎么别扭。1745年，也就是摄尔修斯去世后的第二年，他的同事、瑞典植物学家、给动植物分类的那个林奈，把冰点与沸点的度数颠倒过来，而这就是我们现在使用的摄氏温标了。为了纪念摄尔修斯的巨大贡献，摄氏温标的单位被记做℃。显而易见的是，从绝对数值上衡量，1℉≠1℃，因为摄氏温标的100份在华氏温标下是180份，它们之间的转换关系为℉=9/5℃+32，如果你的体温是37℃，那么用华氏温标表示就是98.6℉。

摄尔修斯

虽然看着有很大的不同，但本质上，华氏温标与摄氏温标是一样的，那就是它们都要依赖温度计，或者说依赖于测温物质。那么可不可以找到一种不依赖于测温物质的温标体系呢？当然可以。1848年，英国物理学家威廉-汤姆逊，也就是后来的开尔文勋爵，确立了一种新的温标——绝对温标，单位为K。这个温标只有1个基准点，这就是绝对零度，这是冷到极限的状态，处于该温度时，一切原子、分子的热运动都将消失，相当于摄氏温标下的-273.15℃，其分度间隔与摄氏温标相同，所以两者的转换关系为：K=℃+273.15。

后来随着西方传教士来到中国，温度计也被传到了大清朝，只可惜这种实用的技术当时的朝廷也没有鸟它。

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