温度计是谁发明的(温度计进化简史)

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温度计是谁创造的(温度计进化简史)

温度与我们日常生涯的关系太亲密了,上了年事的人习惯关注每天《新闻联播》后的《气象预报》节目,年青人更爱好直接在手机上查看气象的动态信息,随同气象变更的气温往往决议了未来几天的穿着或行程。自己或家人身材有些发热,自然会用体温计去测量。2021-09-28 我们就聊聊有关温度计的故事,首先说温度计的创造,其次谈温标的确立,最后是温度计知识传入我国的进程。

温度计的创造

大家或许想知道,在温度计创造之前,人类是如何表达温度高下的呢?很简略,靠经验描写。你可能还记得战国《列子汤问》中“两小儿辩日”的故事吧,一小儿为“近者热而远者凉”辩解道,“日初出沧沧凉凉,及其日中如探汤”。这便是很朴实的经验性描写。

当然,古人还探索出了稍微高等一点检测温度的方法,比如烧制陶瓷中的“照子”就是一例。那么什么是“照子”呢,简略说就是窑工用于判别窑火温度高下的泥土胚胎。据景德镇陶瓷大学郑乃章教授研讨,魏晋南北朝时已经涌现照子,不过当时重要用于实验釉色;到了宋元,照子技巧已经成熟,通过视察照子的烧结水平,检测窑内制品在最高烧百思特网成温度下保温时光的长短。这种技巧全靠窑工的经验积聚,无法定量、准确检测。

温度计的创造是西方近代科学革命的产物,而且是伽利略首先创造了一种应用空气热胀冷缩原理的气体温度计。西方在探究空气热胀冷缩及其应用方面历史悠长,早在古希腊时代,有名的希罗(Hero of Alexandria)就应用这一原理设计出了可用在神庙的主动开门机械。伽利略的气体温度计很简略,就是一根修长的玻璃管,一端启齿,另一端是一鸡蛋大小的玻璃泡。

应用时,先用手把玻璃泡捂热,然后让玻璃泡一端在上,把玻璃管竖直插入到水中,这便形成了一个简略的气体温度计。当外界空气上升或降低时,玻璃管中水柱就会降低或上升。如果在玻璃管标识上刻度,便可以指导温度。尽管不清晰伽利略当时是如何标志温度的,但他在一本书中明白提到了度数。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,误差比拟大。

伽利略博物馆现存的16世纪伽利略 创造的气体温度计 (图片起源:佛罗伦萨摄影档案馆)

受伽利略的启示,他的朋友、意大利帕多瓦大学的医学教授桑克托留斯(Sanctorio Sanctorius)在1612年创造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,从下方水柱查看病人体温的变更。这是世界上最早的体温计。

鉴于这种气体温度计的缺点,1632年法国的医生让莱伊(Jean Rey)首次把伽利略的温度计颠倒了过来,让玻璃泡在下方,并且里面充入水,以水为测温物资,温度则通过玻璃管中的水柱体现。但这种温度计玻璃管上方是开放式的,因此会受到水蒸发的影响。

液体温度计后续的重大进展是由托斯卡纳的大公斐迪南二世(Ferdinand II)组织完成的,他是佛罗伦萨西芒托学院的创立人之一。他们实验了多种液体,发明酒精的热膨胀后果比拟显著;同时他们把玻璃管的上端融化封锁,这样就制成了世界上的第一支不受外界气压影响的温度计,时光是1654年。

1714年,华伦海特(Daniel Gabriel Fahrenheit)创造了水银温度计。他是一位气候仪器制作者,出身在德国,但一生大部分时光待在荷兰。水银温度计和酒精温度计各有千秋,水银的沸点为357度,故可以测量较高的温度。但由于其凝固点为零下39度,故不能测比之更低的温度。

像我国内蒙古根河市,今年1月份有几气象温低至零下50多摄氏度,这种情形下水银都成固体了,自然无法应用水银温度计,但是可以应用酒精温度计,因为酒精的凝固点是零下117摄氏度。与水银温度计相反,酒精温度计不能测量较高的温度,因为酒精的沸点是78度。华伦海特不但创造了水银温度计,更主要的是开端着手确立温标。

温标的确立

温标是温度数值化的标尺,要确立温标,最主要的是找出几个基准点。1724年,华伦海特选择了三个基准点:为了避免温度中涌现负数,选择了氯化铵与冰、水混杂物的温度为0度;冰、水混杂物温度为32度;把温度计置于(www.isoyu.com原创版权)人的口中或腋下,可得到人体温度96度。后来人们又做了修订,把水在尺度大气压下的沸点肯定为212度,这样水的冰点和沸点间算是180度,这便是华氏温标。为了纪念华伦海特,华氏温标的单位记作:℉。目前世界上的重要国度,只有美国还在沿用华氏温标。

目前全世界运用最普遍的温标体系是瑞典人摄尔修斯(Anders Celsius)确立的,他一生重要在乌普萨拉大学从事天文学研讨,不过因其旁涉温度计量而大名流芳。1742年,摄尔修斯在一篇论文《对温度计上两个固定点的视察》中描写了他的温标体系,这种温标是把尺度大气压下水的冰点和沸点之间划分为100度,但当时他采用的是冰点为100度,沸点为0度的计划,这样可以避免低温为负数的成果。

瑞典发行的纪念摄尔修斯的邮票

但这一计划与人们的习惯相悖,1745年,也即摄尔修斯去年后的第二年,他的同事、瑞典植物学家林奈(Carl Linnaeus)把冰点与沸点的度数颠倒过来,这便是我们现在应用的摄氏温标。不过另有人说,做了这项颠倒工作的是摄尔修斯的继任者马丁斯特劳莫尔(Martin Stroeme)。无论如何,这种百分温标的开创者是摄尔修斯,为了纪念他,摄氏温标的单位记作℃。显然,从绝对数值上权衡1℉≠1℃,因为摄氏温标的100份在华氏温标下是180份,它们之间有如下转换关系:F=(9C/5)+32。

前述华氏温标和摄氏温标,均要依附温度计,或者说依附于测温物资,比如水银。可不可以找到一种不依附于温度计的温标系统呢?可以。1848年,英国物理学家威廉汤姆逊(William Thomson,即后来的开尔文勋爵)确立了一种新的温标——绝对温标,单位为K。此温标只有一个基准点,即绝对零度,这是冷到极限的状况,一切原子、分子的热活动都已消逝,相当于摄氏温标中的零下273.15度,其分度间隔与摄氏温标雷同,因此两者的转换关系为:T(K)=t(℃)+273.15。

2015年7月20日, 新疆吐鲁番, 火焰山景致区的巨型电子温度计上显示的适时地表温度接近65℃

温度计传入我国

清康熙年间,在华的传教士最早把温度计相干知识引介到国内。1664年,比利时人、耶稣会传教士南怀仁(Ferdinand Verbiest)完成的《灵台仪象图》就绘有他制造的温度计。灵台就是天文台,当时的地址在如今北京建国门西南侧的古观象台。

1671年,南怀仁更是完成了《验气图说》,专门谈温度计的制法、用法和原理。他制造的温度计,在木架上竖立一U形玻璃管,U形管左侧上端连一玻璃球,右侧上端敞开。U形管内注入到达程度线的水(一说烧酒),玻璃球的气体受外界温度影响膨胀或压缩时,液体便会在U形管右臂或左臂上升,左右臂旁标有刻度,可以指导温度。显然,这是一种气体温度计,由于南怀仁在刻度理论上采取了毛病的“天地间有三域说”,而且未能及时接收欧洲已有的试验研讨,故这种温度计不具备实测功效。

南怀仁制造的温度计

在南怀仁之后,很可能是法国来华的耶稣会士白晋(Joachim Bouvet)留下一份手稿《验气寒暑表说》,现藏梵蒂冈图书馆,中国科技大学石云里教授推测这很可能是他向康熙帝讲授西方科学的讲义之一。在这份讲义中,不但介绍了德国格里克(Otto von Gu百思特网ericke)、英国波义耳(Robert Boyle)就温度计研讨的新进展,而且比较了新旧两种温度计。其中旧式温度计是一种气体温度计,而新式温度计便是前述斐迪南二世创造的水银温度计。

西方知识的引介、流传进程非常庞杂。一方面不能高估清初传教士与皇帝的互动,康熙年间已经传入紫禁城的温度计、气压计等,到了雍正、乾隆时,他们对之仍一脸茫然,因为早年的那些仪器,早已束之高阁。另一百思特网方面不能低估好学之士接收、仿造的才能,比如清初的黄履庄,在扬州时“因闻泰西几何比例,转捩机轴之学”,遂制出诸多奇器,其中就有“验冷热器”,即温度计。黄履庄制造温度计的知识,极有可能来自西学,至于其流传门路如何,已无从讲究了。

最后要解释的是,随着科学技巧的发展以及现实测温条件的须要,出生了多种多样的温度计,大致可分为接触式与非接触式两类。在接触式温度计中,又分为像水银温度计这样的膨胀式,应用电阻随温度变更而转变的热电阻式等。在非接触式温度计中,又分为应用物体热辐射测温的辐射式,应用红外线照耀导致元件温度变更的红外线温度计等。■