溫度計與溫標

張譯丹

（渤海大學數理學院，遼寧 錦州121000）

1 溫度計的誕生及其早期發展

早期的溫度計是由意大利科學家在16世紀90年代發明的，他在一系列實驗中發現氣體具有熱脹冷縮的現象，他提出通過氣體的熱脹冷縮這一特性來制作溫度計，從而判定實物的溫度。最早的溫度計是一個玻璃管上面配有一個核桃大的玻璃泡，整個玻璃器皿道理在盛有液體的容器中，當對該“溫度計”進行加熱時，液體在玻璃管中向上移動，進而識別出溫度的數值。

17世紀，一位法國醫生提出將液體全部放入玻璃管內部，還因他人的建議將液體染成了特殊的顏色，以便察看。

繼而意大利西芒托學員的學生將玻璃管上根據一定要求取得了兩個端點值，將其分成了80或40等份并刻上刻度，稱作溫標。

隨著時間的推移溫度計的外形也變得更加美觀，其溫標的設定標準也在日益趨向完善。

2 溫標的確定和發展

溫標是用來描述溫度數值這一概念的，意大利某一學院為溫度找尋了兩個固定點，并在這兩個固定溫度點中間劃分了相同的等份，然而由于其中兩個固定溫度點的確定標準并不完全科學，該方法受到了許多質疑并進行了種種改進。

直至后來，溫標的端點值因為伽利略空氣溫度計的出現又進行了一次改進，并出現了絕對穩定這一概念。

2.1 華氏溫標

說起華氏溫度不得不提的一個人便是華倫海特，此人注重于研究溫度計的精確結構，對于沸點恒定性的研究這一方面很有興趣。隨著他的深入研究，通過各類數據分析表明，每一種液體包括水都有一定的溫度點可以是其達到沸騰，這是一個固定沸點，而固定沸點會隨著氣壓的變化而變化。根據這一特性，華倫海特找出了其內含的準確關系制作出一種有明確溫標的溫度計。華倫海特制作的溫度計以人體血液溫度和結冰鹽水混合物的溫度為上下兩個固定點，并把其間分成96等份，每一等份為一度。華倫海特制作的溫度計每一度被稱為“一華氏度”。

2.2 攝氏溫標

攝氏溫度的出現是由于許多人認為華倫海特制作溫度計的依據不夠嚴謹，畢竟不同的人體質不同其血液溫度有著些許差別，使得溫度計的對溫度的測定難免有所偏差不適合用來作為溫度計的固定點。因而新的溫度計的溫標判定方法逐漸誕生，該溫標的誕生歷經了三個轉折。第一個轉折是法國科學家通過研究酒精和水的混合液的凝固點提出在標準大氣壓下以此作為溫度計的一個端點值，該科學家將刻度劃分為八十等份稱之為列氏溫度。后來人們普遍不滿意于這八十等份的劃分，后來隨著瑞典天文學家涅爾修斯將冰水混合物的凝固點作為端點值之一的想法出現，就受到了人們的廣泛贊同。8年后攝爾修斯的同事施勒默爾將攝氏標度倒轉過來，即以冰的熔點為0度、以水的沸點為100度，這就是現在得到世界公認的攝氏溫標。

2.3 理想氣體溫標

在國際上由于水的冰點和沸點兩個固定值在不同的大氣壓下會相應做出改變因此規定，只用一個標準固定值作為溫度計的兩個端點值。而理想氣體測溫就是指把理想氣體當成測溫物質并選擇其體積壓強等物理量對應的物理屬性進行測溫而制成的溫度計。當氣體溫度計內的空氣特別稀薄時，無論何種氣體都會趨近于一個值，這個值轉換來就是理想氣體所能達到的溫標。也可以稱作是標準溫標。

然而氣體溫度計在溫度極高或極低的情況下均不適用，不能夠有效準確地測量出溫度的數值，且該溫度計、溫標的設定均是在特定氣體的基礎上，因而在使用中具有一定的局限性。

2.4 熱力學溫標

熱力學溫標是英國物理學家開爾文提出的，是國際認定的基本溫標，具有很強的代表性和科學性。其完全脫離于物理物質屬性完全靠單純的理論推論出這一溫標。另外，熱力學溫標十分嚴謹準確，有研究報告顯示，在一定范圍內空氣溫度計測定的溫度與熱力學溫度計溫標相符且絲毫不差。1960年國際計量大會對攝氏溫標作了新定義，并規定它由熱力學溫標導出。

2.5 經驗溫標

某一種溫度計都是根據任意一種溫標構成的，結合相應的液體溫度計來談一談對經驗溫標的建立。經驗溫標顧名思義有根據經驗來設立溫標的含義，經驗溫標的建立需要三個要素：

（1）選擇測溫物質和測溫參量

即選擇要測溫的物質和測溫時測溫物質能夠因此而發生改變的物理屬性，據此來間接測定物質的溫度，為溫度的判定提供參考量。原則上講，任一物質的任一物理屬性，只要它隨溫度的改變而單調地變化，都可以被選用來標記溫度。

（2）規定測溫參量隨溫度的變化關系

即將測定溫度的物質其參量和溫度進行聯系，以便通過測溫物質的物理屬性變化可以快捷地推論出溫度的數值。此外為了測量的準確性一般建議變化關系能夠以方程式的形式表示，而基于方便快捷的要求則希望盡量使用有線性聯系的變化關系。

（3）選擇參考點并規定其數值

這是依據經驗建立溫標的關鍵一步，通過此參考點規定了溫標的標準，從而進行一系列的換算和使用。該步驟該步驟對于數值的規定實為十分重要關鍵的一步。

3 現代溫度計

3.1 紅外溫度計

紅外溫度計是利用了一切物體凡是其溫度高于攝氏零度都可以向外輻射紅外線的特性，通過用特定儀器測量散發出的紅外線的波長、輻射幅度以及震動記錄可以較為清晰的測定出各類物體的準確溫度，根據物體的溫度進行屬性以及其他各類工作的推斷。紅外溫度計在現代溫度計中屬于較為便捷的測溫儀器，具有測量準確率高等優良特點。

該類溫度計在應用上前景十分廣闊，例如耳朵電子溫度計，是一種專門測量人體溫度的溫度計，在幾秒鐘的時間內就可以安全有效地測量出溫度，十分便捷，尤其適用于老年人和嬰兒的體溫檢測。

3.2 液晶溫度計

液晶溫度計的原理是依據不同材質的液晶會使其相變溫度不同，而不同的相變溫度投影在平面上會產生不同的顏色，根據特定的顏色比照顏色對照圖可以有效識別判斷出此刻的溫度。液晶溫度計的這一特性使得其溫度的判定比較準確且十分明容易判斷。由于只是單純的根據顏色的變化來判定其溫度的大小，介于顏色的區分范圍精準度略有不同，導致液晶溫度計的精度也有些許偏差。

液晶溫度計常常用在魚缸中檢測水溫，這樣既增添了魚缸的美觀性能又能夠起到控制水溫以保障魚兒正常生活的功能。

3.3 電阻溫度計

在高中的物理實驗課上我們就學過，一般金屬的電阻會隨著溫度的升高而增大，在進一步的研究中我們發現，多數電阻和溫度之間存在著一定的二次多項式關系。若實現計算好某一金屬電阻和溫度的關系，可以通過測量金屬的電阻進一步得知事物的溫度。該溫度計的好處是可以十分精準的測量出實物溫度，缺點是使用方法較為復雜且有一定的局限性，適合專業人員使用不能大范圍推廣。

4 總結

通過對以上溫度計與溫標發展簡述能夠基本清楚的了解到溫度計與溫標發展的曲折歷史，了解到一代代科學家為此都做出了巨大的犧牲和貢獻，了解到每一個新的名詞和事物的出現都不是一件容易的事。直到現在，溫標的設定近乎完善種類多樣，為人們的生活提供了許多的方便。通過這篇文章讓人們了解溫度計、溫標的發展史之余，向為此付出的人們致敬！

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