張譯丹

（渤海大學(xué)數(shù)理學(xué)院，遼寧 錦州121000）

1 溫度計(jì)的誕生及其早期發(fā)展

早期的溫度計(jì)是由意大利科學(xué)家在16世紀(jì)90年代發(fā)明的，他在一系列實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)氣體具有熱脹冷縮的現(xiàn)象，他提出通過氣體的熱脹冷縮這一特性來制作溫度計(jì)，從而判定實(shí)物的溫度。最早的溫度計(jì)是一個(gè)玻璃管上面配有一個(gè)核桃大的玻璃泡，整個(gè)玻璃器皿道理在盛有液體的容器中，當(dāng)對(duì)該“溫度計(jì)”進(jìn)行加熱時(shí)，液體在玻璃管中向上移動(dòng)，進(jìn)而識(shí)別出溫度的數(shù)值。

17世紀(jì)，一位法國(guó)醫(yī)生提出將液體全部放入玻璃管內(nèi)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(xué)員的學(xué)生將玻璃管上根據(jù)一定要求取得了兩個(gè)端點(diǎn)值，將其分成了80或40等份并刻上刻度，稱作溫標(biāo)。

隨著時(shí)間的推移溫度計(jì)的外形也變得更加美觀，其溫標(biāo)的設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)也在日益趨向完善。

2 溫標(biāo)的確定和發(fā)展

溫標(biāo)是用來描述溫度數(shù)值這一概念的，意大利某一學(xué)院為溫度找尋了兩個(gè)固定點(diǎn)，并在這兩個(gè)固定溫度點(diǎn)中間劃分了相同的等份，然而由于其中兩個(gè)固定溫度點(diǎn)的確定標(biāo)準(zhǔn)并不完全科學(xué)，該方法受到了許多質(zhì)疑并進(jìn)行了種種改進(jìn)。

直至后來，溫標(biāo)的端點(diǎn)值因?yàn)橘だ钥諝鉁囟扔?jì)的出現(xiàn)又進(jìn)行了一次改進(jìn)，并出現(xiàn)了絕對(duì)穩(wěn)定這一概念。

2.1 華氏溫標(biāo)

說起華氏溫度不得不提的一個(gè)人便是華倫海特，此人注重于研究溫度計(jì)的精確結(jié)構(gòu)，對(duì)于沸點(diǎn)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(shù)據(jù)分析表明，每一種液體包括水都有一定的溫度點(diǎn)可以是其達(dá)到沸騰，這是一個(gè)固定沸點(diǎn)，而固定沸點(diǎn)會(huì)隨著氣壓的變化而變化。根據(jù)這一特性，華倫海特找出了其內(nèi)含的準(zhǔn)確關(guān)系制作出一種有明確溫標(biāo)的溫度計(jì)。華倫海特制作的溫度計(jì)以人體血液溫度和結(jié)冰鹽水混合物的溫度為上下兩個(gè)固定點(diǎn)，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(jì)每一度被稱為“一華氏度”。

2.2 攝氏溫標(biāo)

攝氏溫度的出現(xiàn)是由于許多人認(rèn)為華倫海特制作溫度計(jì)的依據(jù)不夠嚴(yán)謹(jǐn)，畢竟不同的人體質(zhì)不同其血液溫度有著些許差別，使得溫度計(jì)的對(duì)溫度的測(cè)定難免有所偏差不適合用來作為溫度計(jì)的固定點(diǎn)。因而新的溫度計(jì)的溫標(biāo)判定方法逐漸誕生，該溫標(biāo)的誕生歷經(jīng)了三個(gè)轉(zhuǎn)折。第一個(gè)轉(zhuǎn)折是法國(guó)科學(xué)家通過研究酒精和水的混合液的凝固點(diǎn)提出在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下以此作為溫度計(jì)的一個(gè)端點(diǎn)值，該科學(xué)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(xué)家涅爾修斯將冰水混合物的凝固點(diǎn)作為端點(diǎn)值之一的想法出現(xiàn)，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(biāo)度倒轉(zhuǎn)過來，即以冰的熔點(diǎn)為0度、以水的沸點(diǎn)為100度，這就是現(xiàn)在得到世界公認(rèn)的攝氏溫標(biāo)。

2.3 理想氣體溫標(biāo)

在國(guó)際上由于水的冰點(diǎn)和沸點(diǎn)兩個(gè)固定值在不同的大氣壓下會(huì)相應(yīng)做出改變因此規(guī)定，只用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)固定值作為溫度計(jì)的兩個(gè)端點(diǎn)值。而理想氣體測(cè)溫就是指把理想氣體當(dāng)成測(cè)溫物質(zhì)并選擇其體積壓強(qiáng)等物理量對(duì)應(yīng)的物理屬性進(jìn)行測(cè)溫而制成的溫度計(jì)。當(dāng)氣體溫度計(jì)內(nèi)的空氣特別稀薄時(shí)，無論何種氣體都會(huì)趨近于一個(gè)值，這個(gè)值轉(zhuǎn)換來就是理想氣體所能達(dá)到的溫標(biāo)。也可以稱作是標(biāo)準(zhǔn)溫標(biāo)。

然而氣體溫度計(jì)在溫度極高或極低的情況下均不適用，不能夠有效準(zhǔn)確地測(cè)量出溫度的數(shù)值，且該溫度計(jì)、溫標(biāo)的設(shè)定均是在特定氣體的基礎(chǔ)上，因而在使用中具有一定的局限性。

2.4 熱力學(xué)溫標(biāo)

熱力學(xué)溫標(biāo)是英國(guó)物理學(xué)家開爾文提出的，是國(guó)際認(rèn)定的基本溫標(biāo)，具有很強(qiáng)的代表性和科學(xué)性。其完全脫離于物理物質(zhì)屬性完全靠單純的理論推論出這一溫標(biāo)。另外，熱力學(xué)溫標(biāo)十分嚴(yán)謹(jǐn)準(zhǔn)確，有研究報(bào)告顯示，在一定范圍內(nèi)空氣溫度計(jì)測(cè)定的溫度與熱力學(xué)溫度計(jì)溫標(biāo)相符且絲毫不差。1960年國(guó)際計(jì)量大會(huì)對(duì)攝氏溫標(biāo)作了新定義，并規(guī)定它由熱力學(xué)溫標(biāo)導(dǎo)出。

2.5 經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)

某一種溫度計(jì)都是根據(jù)任意一種溫標(biāo)構(gòu)成的，結(jié)合相應(yīng)的液體溫度計(jì)來談一談對(duì)經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)的建立。經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)顧名思義有根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來設(shè)立溫標(biāo)的含義，經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)的建立需要三個(gè)要素：

（1）選擇測(cè)溫物質(zhì)和測(cè)溫參量

即選擇要測(cè)溫的物質(zhì)和測(cè)溫時(shí)測(cè)溫物質(zhì)能夠因此而發(fā)生改變的物理屬性，據(jù)此來間接測(cè)定物質(zhì)的溫度，為溫度的判定提供參考量。原則上講，任一物質(zhì)的任一物理屬性，只要它隨溫度的改變而單調(diào)地變化，都可以被選用來標(biāo)記溫度。

（2）規(guī)定測(cè)溫參量隨溫度的變化關(guān)系

即將測(cè)定溫度的物質(zhì)其參量和溫度進(jìn)行聯(lián)系，以便通過測(cè)溫物質(zhì)的物理屬性變化可以快捷地推論出溫度的數(shù)值。此外為了測(cè)量的準(zhǔn)確性一般建議變化關(guān)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(lián)系的變化關(guān)系。

（3）選擇參考點(diǎn)并規(guī)定其數(shù)值

這是依據(jù)經(jīng)驗(yàn)建立溫標(biāo)的關(guān)鍵一步，通過此參考點(diǎn)規(guī)定了溫標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)，從而進(jìn)行一系列的換算和使用。該步驟該步驟對(duì)于數(shù)值的規(guī)定實(shí)為十分重要關(guān)鍵的一步。

3 現(xiàn)代溫度計(jì)

3.1 紅外溫度計(jì)

紅外溫度計(jì)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(cè)量散發(fā)出的紅外線的波長(zhǎng)、輻射幅度以及震動(dòng)記錄可以較為清晰的測(cè)定出各類物體的準(zhǔn)確溫度，根據(jù)物體的溫度進(jìn)行屬性以及其他各類工作的推斷。紅外溫度計(jì)在現(xiàn)代溫度計(jì)中屬于較為便捷的測(cè)溫儀器，具有測(cè)量準(zhǔn)確率高等優(yōu)良特點(diǎn)。

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

3.2 液晶溫度計(jì)

液晶溫度計(jì)的原理是依據(jù)不同材質(zhì)的液晶會(huì)使其相變溫度不同，而不同的相變溫度投影在平面上會(huì)產(chǎn)生不同的顏色，根據(jù)特定的顏色比照顏色對(duì)照?qǐng)D可以有效識(shí)別判斷出此刻的溫度。液晶溫度計(jì)的這一特性使得其溫度的判定比較準(zhǔn)確且十分明容易判斷。由于只是單純的根據(jù)顏色的變化來判定其溫度的大小，介于顏色的區(qū)分范圍精準(zhǔn)度略有不同，導(dǎo)致液晶溫度計(jì)的精度也有些許偏差。

液晶溫度計(jì)常常用在魚缸中檢測(cè)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(jì)

在高中的物理實(shí)驗(yàn)課上我們就學(xué)過，一般金屬的電阻會(huì)隨著溫度的升高而增大，在進(jìn)一步的研究中我們發(fā)現(xiàn)，多數(shù)電阻和溫度之間存在著一定的二次多項(xiàng)式關(guān)系。若實(shí)現(xiàn)計(jì)算好某一金屬電阻和溫度的關(guān)系，可以通過測(cè)量金屬的電阻進(jìn)一步得知事物的溫度。該溫度計(jì)的好處是可以十分精準(zhǔn)的測(cè)量出實(shí)物溫度，缺點(diǎn)是使用方法較為復(fù)雜且有一定的局限性，適合專業(yè)人員使用不能大范圍推廣。

4 總結(jié)

通過對(duì)以上溫度計(jì)與溫標(biāo)發(fā)展簡(jiǎn)述能夠基本清楚的了解到溫度計(jì)與溫標(biāo)發(fā)展的曲折歷史，了解到一代代科學(xué)家為此都做出了巨大的犧牲和貢獻(xiàn)，了解到每一個(gè)新的名詞和事物的出現(xiàn)都不是一件容易的事。直到現(xiàn)在，溫標(biāo)的設(shè)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(jì)、溫標(biāo)的發(fā)展史之余，向?yàn)榇烁冻龅娜藗冎戮矗?/p>

［1］韓仙華,等.大學(xué)物理教學(xué)設(shè)計(jì)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社,2006.

［2］山東省師專、教育學(xué)院物理教材編寫組.熱學(xué)[M].濟(jì)南：山東科學(xué)技術(shù)出版社,1987.

［3］張拴珠.漫談溫標(biāo)[J].晉東南師范?？茖W(xué)校學(xué)報(bào),2002(2)：28-31.

［4］趙凱華,羅蔚菌.熱學(xué)[M].北京：高等教育出版社,1998.