最早的温度计是利用空气来测量温度的。
1593年,著名科学家伽利略在实验中发现了气体的热胀冷缩现象。能不能利用气体的这个特性来指示温度呢?经过反复的思考和实验,伽利略在1603年终于造出空气温度计。
这是一件简单的仪器:用一根长的玻璃管,一头开口,另一头加热吹大,做成球形。在玻璃管中灌进带颜色的水,把它倒放在一壶水里,管上留一段空气。
伽利略的温度计温度计怎样工作
伽利略的温度计利用气体的热胀冷缩原理,从图中我们可以看出,如果大气压始终一样的话,温度越高,空气体积就越大,玻璃管里的水位就越低;反过来,温度低了,液面便会上升。在玻璃管上刻上刻度,等分几个格,就可以知道温度了。
在使用空气温度计的时候,伽利略发现,在不同的天气里,管中的水位也会发生变化。当时他还不了解大气有压强,但是这个现象却引起了他的思考。后来,在他年迈的时候发生了抽水机不能从深坑里抽水的事情,他便和他的学生托里拆利一起推测,也许存在大气压强。最后,托里拆利利用实验证实了大气压强的存在,并测出一个大气压强为760毫米水银柱。
伽利略发明的空气温度计不能准确测定温度,这不但促使他的学生托里拆利去研究大气压,而且促使他的另一名学生去研究改进温度计的方法。这个学生叫斐迪南。
斐迪南想,气体受热膨胀可以指示冷热,利用液体的热胀冷缩能不能指示温度呢?他开始用各种液体来代替伽利略温度计里的空气。
他做了许多实验,发现酒精在受热时体积的变化很显著,终于在1654年制出了酒精温度计:往玻璃球里灌酒精,再把玻璃球微微烘热,用酒精蒸气赶跑玻璃管中的空气,最后一下子把口给封死。
斐迪南把温度计的口封死了,这样就消除了大气压强对测温的影响。他又把玻璃球放到了下边,成了现在温度计的样子了。
好学生绝不死记硬背老师讲述的话,而是踏着老师的足迹向前闯,闯出一条新路。斐迪南和托里拆利便是榜样。
后来,人们又把温度计里的酒精染红,拿着它去测量各种温度。当人们用它去测开水温度时,温度计里却一片模糊了。原来,那酒精也“开了锅”。于是,又有人发明了水银温度计。
新造出的一把尺,上边要是没有刻度,那只是一根木棍。如果上边有刻度,却又没有统一的标准,那也会造成混乱。斐迪南的温度计得到了流传,由于没有统一的标准,曾经发生过一些混乱。
1714年,德国科学家华伦海特想出了一个确定温度的标准:他把温度计插在加盐的冰雪里,在酒精液柱下降到停止不动的地方刻上一条线。他认为这是人工能造出的最低温度了,便把它定为零点。他又把温度计放入口中,在酒精柱上升到最高位置时刻一条线。两线之间等分96格,每格叫1度。为了扩大范围,在96格的上、下以同样大小的格子延伸刻划。
华伦海特的温标至今还沿用着,叫华氏温标,用F表示。在标准大气压下,水的凝固点是32华氏度,写作32°F;水的沸点是212°F。
1730年,有个叫列缪尔的法国人订了一个温标,他把水的结冰温度定为零度,写作0°R,叫列氏温标。由于列氏温标高温标准的确定比较烦琐,很早就已经不用了。但是列缪尔用冰点温度定为零度的做法,却启发了后人。
1742年,瑞典教授摄尔西斯提出了一种确定温标的方法:用水结冰的温度和水沸腾的温度来确定温标:在一个标准大气压下,把水结冰的温度定为零摄氏度,写作0℃,把水沸腾时的温度定为100摄氏度,写作100℃。
华氏温标和摄氏温标都是依据物质特性随温度的变化关系确定的,所以叫做经验温标。除此之外,还有一个温标叫绝对温标,也叫开尔文温标,用“K”表示。绝对温标的刻度大小和摄氏温标完全一致,只是零度在零下273.16摄氏度(-273.16℃)的地方。绝对零度冷极了,我们的世界里再也没有比它更冷的温度了。