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溫度計(jì)是誰發(fā)明的（溫度計(jì)進(jìn)化簡史）

溫度與我們?nèi)粘Ｉ畹年P(guān)系太密切了，上了年紀(jì)的人習(xí)慣關(guān)注每天《新聞聯(lián)播》后的《天氣預(yù)報(bào)》節(jié)目，年輕人更喜歡直接在手機(jī)上查看天氣的動(dòng)態(tài)信息，伴隨天氣變化的氣溫往往決定了未來幾天的穿著或行程。自己或家人身體有些發(fā)熱，自然會(huì)用體溫計(jì)去測量。今天我們就聊聊有關(guān)溫度計(jì)的故事，首先說溫度計(jì)的發(fā)明，其次談溫標(biāo)的確立，最后是溫度計(jì)知識傳入我國的過程。

溫度計(jì)的發(fā)明

大家或許想知道，在溫度計(jì)發(fā)明之前，人類是如何表達(dá)溫度高低的呢?很簡單，靠經(jīng)驗(yàn)描述。你可能還記得戰(zhàn)國《列子·湯問》中“兩小兒辯日”的故事吧，一小兒為“近者熱而遠(yuǎn)者涼”辯護(hù)道，“日初出滄滄涼涼，及其日中如探湯”。這便是很樸素的經(jīng)驗(yàn)性描述。

當(dāng)然，古人還摸索出了稍微高級一點(diǎn)檢測溫度的辦法，比如燒制陶瓷中的“照子”就是一例。那么什么是“照子”呢，簡單說就是窯工用于判別窯火溫度高低的泥土胚胎。據(jù)景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)鄭乃章教授研究，魏晉南北朝時(shí)已經(jīng)出現(xiàn)照子，不過當(dāng)時(shí)主要用于試驗(yàn)釉色;到了宋元，照子技術(shù)已經(jīng)成熟，通過觀察照子的燒結(jié)程度，檢測窯內(nèi)制品在最高燒成溫度下保溫時(shí)間的長短。這種技術(shù)全靠窯工的經(jīng)驗(yàn)積累，無法定量、精確檢測。

溫度計(jì)的發(fā)明是西方近代科學(xué)革命的產(chǎn)物，而且是伽利略首先發(fā)明了一種利用空氣熱脹冷縮原理的氣體溫度計(jì)。西方在探究空氣熱脹冷縮及其運(yùn)用方面歷史悠久，早在古希臘時(shí)期，著名的希羅(Hero of Alexandria)就利用這一原理設(shè)計(jì)出了可用在神廟的自動(dòng)開門機(jī)械。伽利略的氣體溫度計(jì)很簡單，就是一根細(xì)長的玻璃管，一端開口，另一端是一雞蛋大小的玻璃泡。

使用時(shí)，先用手把玻璃泡捂熱，然后讓玻璃泡一端在上，把玻璃管豎直插入到水中，這便形成了一個(gè)簡單的氣體溫度計(jì)。當(dāng)外界空氣上升或下降時(shí)，玻璃管中水柱就會(huì)下降或上升。如果在玻璃管標(biāo)識上刻度，便可以指示溫度。盡管不清楚伽利略當(dāng)時(shí)是如何標(biāo)記溫度的，但他在一本書中明確提到了度數(shù)。不過由于這種溫度計(jì)會(huì)受到氣泡內(nèi)空氣溫度以及外界氣壓的影響，誤差比較大。

伽利略博物館現(xiàn)存的16世紀(jì)伽利略 發(fā)明的氣體溫度計(jì) (圖片來源：佛羅倫薩攝影檔案館)

受伽利略的啟發(fā)，他的朋友、意大利帕多瓦大學(xué)的醫(yī)學(xué)教授?？送辛羲?Sanctorio Sanctorius)在1612年發(fā)明了一種蛇形的氣體溫度計(jì)，上端的玻璃泡可以放入病人口中，從下方水柱查看病人體溫的變化。這是世界上最早的體溫計(jì)。

鑒于這種氣體溫度計(jì)的缺陷，1632年法國的醫(yī)生讓·萊伊(Jean Rey)首次把伽利略的溫度計(jì)顛倒了過來，讓玻璃泡在下方，并且里面充入水，以水為測溫物質(zhì)，溫度則通過玻璃管中的水柱體現(xiàn)。但這種溫度計(jì)玻璃管上方是開放式的，因此會(huì)受到水蒸發(fā)的影響。

液體溫度計(jì)后續(xù)的重大進(jìn)展是由托斯卡納的大公斐迪南二世(Ferdinand II)組織完成的，他是佛羅倫薩西芒托學(xué)院的創(chuàng)建人之一。他們試驗(yàn)了多種液體，發(fā)現(xiàn)酒精的熱膨脹效果比較明顯;同時(shí)他們把玻璃管的上端熔化封閉，這樣就制成了世界上的第一支不受外界氣壓影響的溫度計(jì)，時(shí)間是1654年。

1714年，華倫海特(Daniel Gabriel Fahrenheit)發(fā)明了水銀溫度計(jì)。他是一位氣象儀器制造者，出生在德國，但一生大部分時(shí)間待在荷蘭。水銀溫度計(jì)和酒精溫度計(jì)各有千秋，水銀的沸點(diǎn)為357度，故可以測量較高的溫度。但由于其凝固點(diǎn)為零下39度，故不能測比之更低的溫度。

像我國內(nèi)蒙古根河市，今年1月份有幾天氣溫低至零下50多攝氏度，這種情況下水銀都成固體了，自然無法使用水銀溫度計(jì)，但是可以使用酒精溫度計(jì)，因?yàn)榫凭哪厅c(diǎn)是零下117攝氏度。與水銀溫度計(jì)相反，酒精溫度計(jì)不能測量較高的溫度，因?yàn)榫凭姆悬c(diǎn)是78度。華倫海特不但發(fā)明了水銀溫度計(jì)，更重要的是開始著手確立溫標(biāo)。

溫標(biāo)的確立

溫標(biāo)是溫度數(shù)值化的標(biāo)尺，要確立溫標(biāo)，最重要的是找出幾個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)。1724年，華倫海特選擇了三個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)：為了避免溫度中出現(xiàn)負(fù)數(shù)，選擇了氯化銨與冰、水混合物的溫度為0度;冰、水混合物溫度為32度;把溫度計(jì)置于人的口中或腋下，可得到人體溫度96度。后來人們又做了修訂，把水在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的沸點(diǎn)確定為212度，這樣水的冰點(diǎn)和沸點(diǎn)間算是180度，這便是華氏溫標(biāo)。為了紀(jì)念華倫海特，華氏溫標(biāo)的單位記作：℉。目前世界上的主要國家，只有美國還在沿用華氏溫標(biāo)。

目前全世界應(yīng)用最廣泛的溫標(biāo)系統(tǒng)是瑞典人攝爾修斯(Anders Celsius)確立的，他一生主要在烏普薩拉大學(xué)從事天文學(xué)研究，不過因其旁涉溫度計(jì)量而大名流芳。1742年，攝爾修斯在一篇論文《對溫度計(jì)上兩個(gè)固定點(diǎn)的觀察》中描述了他的溫標(biāo)系統(tǒng)，這種溫標(biāo)是把標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的冰點(diǎn)和沸點(diǎn)之間劃分為100度，但當(dāng)時(shí)他采取的是冰點(diǎn)為100度，沸點(diǎn)為0度的方案，這樣可以避免低溫為負(fù)數(shù)的結(jié)果。

瑞典發(fā)行的紀(jì)念攝爾修斯的郵票

但這一方案與人們的習(xí)慣相悖，1745年，也即攝爾修斯去年后的第二年，他的同事、瑞典植物學(xué)家林奈(Carl Linnaeus)把冰點(diǎn)與沸點(diǎn)的度數(shù)顛倒過來，這便是我們現(xiàn)在使用的攝氏溫標(biāo)。不過另有人說，做了這項(xiàng)顛倒工作的是攝爾修斯的繼任者馬丁·斯特勞莫爾(Martin Stroeme)。無論如何，這種百分溫標(biāo)的創(chuàng)始者是攝爾修斯，為了紀(jì)念他，攝氏溫標(biāo)的單位記作℃。顯然，從絕對數(shù)值上衡量1℉≠1℃，因?yàn)閿z氏溫標(biāo)的100份在華氏溫標(biāo)下是180份，它們之間有如下轉(zhuǎn)換關(guān)系：F=(9C/5)+32。

前述華氏溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo)，均要依賴溫度計(jì)，或者說依賴于測溫物質(zhì)，比如水銀?？刹豢梢哉业揭环N不依賴于溫度計(jì)的溫標(biāo)體系呢?可以。1848年，英國物理學(xué)家威廉·湯姆遜(William Thomson，即后來的開爾文勛爵)確立了一種新的溫標(biāo)——絕對溫標(biāo)，單位為K。此溫標(biāo)只有一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，即絕對零度，這是冷到極限的狀態(tài)，一切原子、分子的熱運(yùn)動(dòng)都已消失，相當(dāng)于攝氏溫標(biāo)中的零下2715度，其分度間隔與攝氏溫標(biāo)相同，因此兩者的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：T(K)=t(℃)+2715。

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