今年的三伏天从7月17日开始，8月25日结束，炎炎夏日，大家更关心日常气温。温度与我们的日常生活密切相关。老年人习惯于关注每天新闻广播后的天气预报节目。年轻人更喜欢直接在手机上查看天气动态信息。随着天气变化的温度往往决定未来几天的着装或行程。自己或家人身体发烧，自然会用体温计测量。今天，我们将讨论温度计的故事。首先，我们将讨论温度计的发明，其次是温度标的建立，最后是温度计知识传入中国的过程。
一、 温度计的发明
你可能想知道之前，人类是如何表达温度的？很简单，靠经验描述。你可能还记得战国《列子汤问》中两个孩子辩日的故事。一个孩子为近者热，远者凉辩护，日初出沧凉，日中探汤。这是一个非常简单的经验描述。当然，古人还摸索出了稍微高级一点检测温度的办法，比如烧制陶瓷中的“照子”就是一例。那么什么是照子呢？简单来说，窑工用来判断窑火温度的土壤胚胎。据景德镇陶瓷大学郑乃章教授介绍，照子出现在魏晋南北朝，但主要用于测试釉色；宋元时期，照子技术已经成熟。通过观察照子的烧结程度，检测窑内产品在最高烧成温度下的保温时间。该技术全靠窑工的经验积累，无法定量、准确地检测。
温度计的发明是西方现代科学革命的产物，伽利略首先发明了一种利用空气热膨胀和冷收缩原理的气体温度计。早在古希腊时期，西方就探索了空气热胀冷缩及其应用的悠久历史（Hero of Alexandria）就利用这一原理设计出了可用在神庙的自动开门机械。伽利略的气体温度计很简单，是一根细长的玻璃管，一端打开，另一端是一个鸡蛋大小的玻璃泡沫。使用时，先用手盖住玻璃泡沫，然后将玻璃泡沫的一端放在上面，将玻璃管垂直插入水中，形成简单的气体温度计。当外界空气上升或下降时，玻璃管中水柱就会下降或上升。如在玻璃管上标记刻度，则可指示温度。虽然伽利略当时是如何标记温度的，但他在一本书中明确提到了度数。但由于该温度计受气泡内空气温度和外部气压的影响，误差较大。受伽利略的启发，他的朋友、帕多瓦大学的医学教授桑克托留斯（Sanctorio Sanctorius）1612年发明了蛇形气体温度计，上玻璃泡可放入患者口中，从下水柱检查患者体温变化。这是世界上最早的体温计。
图1 气体温度计伽利略
鉴于气体温度计的缺陷，法国医生于1632年让法国医生·莱伊（Jean Rey）伽利略的温度计首次被逆转，使玻璃浸泡在下面，并充满水，以水为温度测量材料，温度反映在玻璃管中的水柱上。但玻璃管上方的温度计是开放的，因此会受到水蒸发的影响。托斯卡纳大公斐迪南二世后续液体温度计的重大进展（Ferdinand II）他是佛罗伦萨西芒托学院的创始人之一。他们测试了各种液体，发现酒精的热膨胀效果明显；同时，他们熔化并关闭了玻璃管的上端，从而制成了1654年世界上第一个不受外部气压影响的温度计。
1714年，华伦海特（Daniel Gabriel Fahrenheit）发明了水银温度计。他是气象仪器制造商，出生在德国，但大部分时间都呆在荷兰。汞温度计和酒精温度计各有千秋，汞沸点为357度，因此可以测量较高的温度。但由于其凝固点为零下39度，无法测量较低的温度。例如，在中国内蒙古根河市，今年1月的几天气温低至零下50度以上。在这种情况下，汞是固体的然，汞温度计不能使用，但酒精温度计可以使用，因为酒精的凝固点是零下117度。由于酒精的沸点为78度，与水银温度计相反，酒精温度计无法测量较高的温度。华伦海特不仅发明了水银温度计，还开始建立温度标准。
二、 温标的确立
温度标准是温度数值化的标尺。要建立温度标准，最重要的是找出几个基准点。1724年，华伦海特选择了三个基准点：氯化铵与冰、水混合物的温度为0度，以避免温度中的负数；冰、水混合物的温度为32度；将温度计放在人的嘴或腋下，可获得96度的人体温度。后来，人们修改了水在标准大气压下的沸点确定为212度，使水的冰点和沸点之间为180度，即华氏温度标准。为纪念华伦海特，华氏温标单位写作：℉。只有美国仍在使用华氏温标，世界上的主要国家。
世界上应用最广泛的温度标准系统是瑞典摄尔修斯（Anders Celsius）他一生主要从事乌普萨拉大学的天文学研究，但由于他参与了温度测量，他的名人芳。1742年，摄尔修斯在一篇论文《观察温度计两个固定点》中描述了他的温度标准系统，将标准大气压下的冰点和沸点分为100度，但当时他采用了100度冰点和0度沸点的方案，避免了低温为负的结果。但这个计划违背了人们的习惯。1745年，也就是去年后的第二年，他的同事、瑞典植物学家林奈（Carl Linnaeus）颠倒冰点和沸点的度数，这就是我们现在使用的摄氏温度标准。然而，其他人说，摄尔修斯的继任者马丁做了这项颠倒性的工作·斯特劳莫尔（Martin Stroeme）。无论如何，这个百分温标的创始人是摄尔修斯。为了纪念他，摄氏温标的单位被记录下来℃。显然，从绝对值来衡量1℉≠1℃，由于100个摄氏温标在华氏温标下是180个，它们之间有以下转换关系：F=（9C/5） 32
ID3：大众ID3试驾体验，操控不输后驱超跑，价格15万起不买就是亏
图2 瑞典发行的纪念摄尔修斯邮票
上述华氏温度标准和摄氏温度标准都依赖于温度计或水银等测温物质。能否找到不依赖温度计的温标系统？可以。威廉，英国物理学家，1848年·汤姆逊（William Thomson，后来的开尔文勋爵)建立了一个新的温度标准-绝对温度标准，单位是K。这个温度标准只有一个基准点，即绝对零度，冷到极限。所有原子和分子的热运动都消失了，相当于摄氏温度标准中的零下273.15度，其分度间隔与摄氏温度标准相同。因此，两者之间的转换关系是：T（K）=t(℃) 273.15。
三、 温度计传入中国
清康熙年间，中国传教士首次将温度计相关知识引入中国。1664年，比利时人、耶稣会传教士南怀仁（Ferdinand Verbiest）《灵台仪象图》画了他制作的温度计。灵台是天文台，当时的地址是北京建国门西南侧的古观象台。1671年，南怀仁完成了《验气图》，专门讨论了温度计的制法、用法和原理。他制作的温度计如图3所示，在木架上竖立一根U形玻璃管，U将玻璃球连接到形管球，右上端打开。U当玻璃球的气体受到外温度的影响下膨胀或收缩时，液体会在U管的右臂或左臂上升，左臂和右臂旁标有刻度，可以指示温度。显然，这是一种气体温度计。由于南怀仁在刻度理论上采用了错误的天地三域，未能及时吸收欧洲现有的实验研究，该温度计没有实测功能。
在南怀仁之后，耶稣会士白晋很可能是法国来华的（Joachim Bouvet）中国科技大学石云里教授推测，这很可能是他向康熙帝解释西方科学的讲义之一。这份讲义不仅介绍了德国格里克（Otto von Guericke）、英国波义耳（Robert Boyle）对温度计研究的新进展进行了比较。旧温度计是一种气体温度计，新温度计是上述斐迪南二世发明的水银温度计。
引进和传播西方知识的过程非常复杂。一方面，我们不能高估清初传教士与皇帝的互动。康熙时期，温度计和气压计已经进入紫禁城。雍正乾隆时，他们仍然不知所措，因为早年的仪器早已被搁置。另一方面，我们不能低估好学者的吸收和模仿能力。例如，清初的黄履庄在扬州制作了许多奇怪的工具，包括冷热检测器，即温度计，因为他听到了泰西几何的比例，转向了机轴的学习。黄履庄制作温度计的知识很可能来自西学。至于它的传播方式，没有办法研究。
图3 南怀仁制作的温度计
最后，随着科学技术的发展和实际温度测量条件的需要，出现了各种温度
度计大致可分为接触式和非接触式两类。在接触式温度计中，分为水银温度计等膨胀式，利用电阻随温度变化而变化。在非接触温度计中，它也分为红外温度计，利用物体的热辐射温度测量，利用红外照射导致元件温度变化。
愿这篇小文和读者朋友一起度过一个清晨、黄昏或中午，不用担心温度。
郑重声明：本文版权归原作者所有，转载文章仅为传播更多信息之目的，如作者信息标记有误，请第一时候联系我们修改或删除，多谢。
标签：
评论