溫度計(jì)的前世與今生

王聰聰

人類很久以前就開始探尋測量溫度的方法，雖然那時候還沒有“溫度”這個詞的概念，但是會用身體的感覺來定義冷熱變化。

溫度計(jì)經(jīng)歷四百多年的發(fā)展，早已經(jīng)不再局限于環(huán)境溫度測量和體溫測量，已發(fā)展為一個分門別類的科學(xué)——溫度計(jì)量學(xué)，為生產(chǎn)、生活提供精確的溫度數(shù)據(jù)。今天，我們就和大家一起來了解一下溫度計(jì)的發(fā)展歷史。

中國古代是如何感知溫度變化的

1.觀察自然現(xiàn)象知寒暖

先秦時期，人們在瓶子中裝上水，如果水結(jié)冰了，則氣溫低于零下，進(jìn)入寒冬；如果冰融化，則氣溫回升。這種瓶子被稱為“冰瓶”，可以說是中國最原始的一種溫度計(jì)。這是古人利用水在不同溫度下的形態(tài)變化來推測環(huán)境冷熱變化的方法。

2.以人的體溫為標(biāo)準(zhǔn)測溫

古人以正常人的體溫作為標(biāo)準(zhǔn)，用來判斷對周圍事物的冷暖感受，并將其應(yīng)用到中醫(yī)、食品、農(nóng)業(yè)、手工業(yè)等方面。元代農(nóng)學(xué)家王禎在論及養(yǎng)蠶的最佳室溫時指出，養(yǎng)蠶人“需著單衣，以為體測：自覺身寒，則蠶必寒，使添熟火；自覺身熱，蠶亦必?zé)?，約量去火”。

3.觀察發(fā)熱物體的火焰顏色

在金屬冶煉或燒制陶瓷的過程中，歷代工匠都以火焰的顏色來判斷爐體內(nèi)溫度的高低。所以，火候?qū)嶋H上是古人創(chuàng)造的一種驚艷的高溫目測技術(shù)。戰(zhàn)國時的著作《考工記》最早記述了冶鑄青銅的火焰顏色：“凡鑄金之狀，金與錫，黑濁之氣竭，黃白次之；黃白之氣竭，青白次之；青白之氣竭，青氣次之，然后可鑄也。”

世界第一支溫度計(jì)的出現(xiàn)

在溫度計(jì)發(fā)明之前，了解病人熱度的工具只有手。那時醫(yī)學(xué)已經(jīng)知道病人的病情和他身體的冷熱相關(guān)，可如果碰巧那天醫(yī)生也有輕微發(fā)熱，或是剛剛摸了比較涼的物體，就會出現(xiàn)不精準(zhǔn)的結(jié)果。

1593年，伽利略讀到一本亞歷山大時期的書，書中討論了如何利用空氣的熱脹冷縮現(xiàn)象打開神殿之門。伽利略受此啟發(fā)，最早將空氣的熱脹冷縮現(xiàn)象應(yīng)用到溫度計(jì)的發(fā)明中。

當(dāng)被測溫度的物質(zhì)（空氣）與玻璃泡接觸時，玻璃管內(nèi)上方的空氣就會因?yàn)闊崦浝淇s而發(fā)生體積變化，使有色液柱相應(yīng)地下降或上升；玻璃管上標(biāo)明一些可作為標(biāo)準(zhǔn)的“熱度”，即現(xiàn)在所說的溫度。這就是世界上第一支標(biāo)有刻度的溫度計(jì)——?dú)怏w溫度計(jì)。但是，它存在一個問題：氣體體積不僅受溫度的影響，還受到大氣壓的影響，氣壓和溫度會同時影響有色液柱的升降，因此測量結(jié)果并不準(zhǔn)確，誤差較大。

小貼士

在伽利略發(fā)明第一支氣溫計(jì)時，人們還不知道氣壓的存在。直到1643年，伽利略的助手托里拆利利用實(shí)驗(yàn)證明了大氣壓的存在，即760毫米汞柱，人們才逐漸認(rèn)識到氣溫計(jì)為什么測量不準(zhǔn)確。

第一支液體溫度計(jì)橫空出世

1650年，意大利的費(fèi)迪南考慮了大氣壓對溫度計(jì)的影響，嘗試將氣體換成液體。他首先是用常見的水來做液體溫度計(jì)，但是存在兩個問題：一是水的熔沸點(diǎn)決定了以水做的液體溫度計(jì)的測量范圍較?。?～100℃）；二是水有一個特殊性質(zhì)，即在4℃時密度最大，體積最小，也就意味著水在0～4℃時是熱縮冷脹的“反膨脹”現(xiàn)象，因此在4℃以下測量就不準(zhǔn)了，還會將玻璃外殼撐爆。

費(fèi)迪南嘗試了各種各樣他能嘗試的液體，最后選擇了簡單易得的酒精。因?yàn)榫凭哪厅c(diǎn)為-117℃，要比水低得多，且熱脹冷縮現(xiàn)象很明顯。但是，酒精溫度計(jì)也存在問題：雖然能在低溫下使用，但是不能測量超過它的沸點(diǎn)78℃的高溫。

第一支水銀溫度計(jì)誕生

1659年，法國天文學(xué)家布里奧制作了第一支水銀溫度計(jì)。

水銀的沸點(diǎn)為357℃，凝固點(diǎn)為-39℃，因此測量的范圍更大，能測量較高的溫度，但下限較高，不適合在較冷地區(qū)使用。此外，水銀有揮發(fā)性，室溫越高，揮發(fā)越快。水銀也有毒性，存在一定的安全隱患。如果不小心打碎了水銀溫度計(jì)，首先應(yīng)開窗通風(fēng)，通風(fēng)時間要長達(dá)24小時以上，再使用硬紙板將散落的水銀，收集在一起，統(tǒng)一放在封口的瓶子里。有難以收集起來的水銀，可以撒些硫黃粉。硫黃會和水銀發(fā)生反應(yīng)，生成穩(wěn)定的不易揮發(fā)性物質(zhì)，使毒性降低。

現(xiàn)代測溫技術(shù)

隨著科技的發(fā)展，各種各樣的溫度計(jì)層出不窮?，F(xiàn)代測溫儀器的原理已不再依靠熱脹冷縮現(xiàn)象，而是由溫度變化引起其他量（如電阻等）的變化，再通過數(shù)據(jù)處理，呈現(xiàn)溫度值的變化。

比如熱電偶溫度計(jì)，用于測量各種溫度物體，測量范圍極大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于水銀溫度計(jì)。它適用于煉鋼爐、煉焦?fàn)t等高溫區(qū)，也可測量液態(tài)氫、液態(tài)氮等低溫物體。紅外熱成像測溫儀通過顏色來顯示被測物體的溫度高低，能夠在毫秒之間完成體溫篩查，檢測距離可達(dá)到10米，并自動記錄溫度異常信息，及時發(fā)出警報(bào)，甚至自動抓取發(fā)熱人群。

動手小實(shí)驗(yàn)

自制簡易溫度計(jì)

了解了溫度計(jì)的發(fā)明、發(fā)展歷史，同學(xué)們想不想利用日常生活中的材料自制一款簡易溫度計(jì)呢？趕緊跟著下面的步驟動手做做看吧！

1.準(zhǔn)備一個空的口服液玻璃瓶，用注射器向瓶內(nèi)加入稀釋的紅墨水，并從瓶塞插入一根細(xì)且長的塑料吸管——簡易溫度計(jì)就制作完成了。

2.準(zhǔn)備兩個透明玻璃杯（塑料杯也可），一個盛放熱水，一個盛放冷水。

3.將做好的簡易溫度計(jì)放入熱水中，觀察吸管內(nèi)液面的升降情況。

4.再將簡易溫度計(jì)從熱水中取出，放入冷水，觀察吸管內(nèi)液面的升降情況。

該簡易溫度計(jì)只能大致反映物體的溫度高低情況，并不能精確測量溫度值。當(dāng)然，同學(xué)們也可以在上面簡單地刻上溫標(biāo)。