有人知道温度计的发展史吗?

识别物体是热还是冷的最简单的方法是使用人类的触摸,但是这种测量温度的方法经常是错误的。如果我们把左手放在热水中,右手放在冷水中,然后在上述两次加热之间把两只手一起放在温水中,我们两只手的感觉会完全不同。浸在热水里的左手会觉得冷,浸在冷水里的右手会觉得热。在日常生活中,这种方法仍然难以判断冷热,在科学上更无价值。科学家需要一种客观具体的方法来判断冷热,这促使科学家发明了温度计。

温度计的原理和最初发明

把两个冷热不同的物体放在一起,互相接触。一段时间后,两个温度会达到同样的冷热程度。这时,用科学术语来说,它们彼此达到了热平衡。此外,如果有三个物体A、B和C,它们具有不同程度的冷与热,则A和B彼此分离,并且A和B与物体C接触..一段时间后,A和C,B和C都达到了热平衡。此时,如果将A和B再次接触,会发现A和B之间没有热量传递,各自的温度不会发生变化。这说明A和B在接触初期是热平衡的。由此我们可以得出一个结论:如果物体A和B都与第三个物体C处于热平衡,那么A和B一定处于热平衡,即所有处于热平衡的物体温度相同。这是用温度计测量物体温度的基础!

早在公元前250年,拜占庭的菲洛就描述了各种加热使空气膨胀的实验。到公元100年,亚历山大的赫伦再次描述了同样的实验。说明人类早就认识到空气具有热胀冷缩的特性。这也是最早的温度计使用的原理。

谁发明了最早的温度计?一直有争论。有些人把温度计的最早发明归功于著名的荷兰机械师c·德莱贝尔。其他人将这一优先归功于帕多瓦解剖学家桑托留斯;其他人认为是克拉科夫的牧师保罗、伦敦的医生r .弗鲁德和德国的格里克。然而,现代历史研究一致认为,温度计的发明归功于伽利略。1593(伽利略的学生维维安给出的发明年份),伽利略用一根长45厘米、稻草粗细的玻璃管,一端被吹成鸡蛋大小的玻璃泡,另一端还敞开着。伽利略首先加热玻璃灯泡,然后将开口端插入水中,使水沿着细管上升一定高度。因为气泡里的空气会随着温度的变化而膨胀,遇冷而收缩,所以水管里的水也会有升有降。这样,水管中的水位就可以用来表征玻璃泡中空气的冷热程度。这是第一支温度计。伽利略的另一个学生B. Castelli在1603做实验讲座时,亲眼目睹了伽利略使用这种温度计。当然这个温度计不会很准,因为气泡里的空气会受到大气压力和温度波动的影响,它实际上是一个温度气压计。同时,伽利略在管道上的刻度也是任意的。

1632年,法国物理学家j·雷第一个改进了伽利略的温度计。他把伽利略的装置倒过来,把水注入玻璃灯泡,把空气留在玻璃管里,仍然用玻璃管里的水柱来表示温度。由于这一改进,水成了测量温度的物质,事实上它成了第一个液体温度计。它的缺点是向上的喷嘴没有关闭,因为水会不断蒸发,影响测量的精度。科学家们研究玻璃灯泡和玻璃管的相对大小来减少这种蒸发,这样液体就可以在一年中在玻璃管的整个长度上升降。虽然从今天来看,这种努力的方向不太对,但从温度计发展完善的全过程来看,这种努力是有价值的,也是必然会出现的。没有在各方面的努力提升,就没有今天的完美。

1657年,佛罗伦萨西门托科学院的成员提出了封管的设想,并建议用酒精代替水作为测温材料,从而使最早的温度计进入了更加实用的阶段。

温度计的进一步改进

温度计的进一步改进和发展是从两个方向进行的:一是测温材料的选择;二是校准标准的确定。

测温材料的研究与确定除了上面提到的用酒精代替水作为测温材料的尝试,法国天文学家I. Bouriaud在1659年制作了温度计,第一次用水银作为测温材料。从1658年5月到1660年9月,他连续做了两年多的温度观测记录,仅次于1655年开始的佛罗伦萨的温度观测记录,成为现存最古老的温度记录之一。但在18世纪,法国的利奥莫尔强烈反对使用水银作为测温材料,因为水银的膨胀系数很小。他致力于制造一种既方便又能满足精度要求的酒精温度计。然而,由于他的温度计效果不佳,不同温度计不一致,德卢斯(1727-1817)恢复使用水银,并以物理学家的身份热情地高呼:“大自然一定给了我们这种矿物来做温度计”。

1747年,荷兰的穆欣·布洛克也发明了一种特殊的温度计,这种温度计是利用细金属棒的膨胀和收缩原理制成的。正是这个原理,韦奇伍德在35年后发明了高温计。

在1815中,杜龙和佩蒂还比较了水银温度计和空气温度计。他假设所有的水银温度计都是一致的,但是Regnaud证明事实并非如此。雷格诺还证明,在0℃到100℃之间,空气温度计与普通软玻璃水银温度计非常接近,但空气温度计的中间刻度滞后于水银温度计约0.2℃。250℃时,水银温度计的读数比空气温度计的读数高半度以上;在300℃时,两个温度计的差值已经达到65438±0℃;350℃时,相差30℃。Orshefsky还比较了氢温度计和水银温度计,发现氢温度计在低温下非常可靠,在-220℃时它们的误差不超过65438±0℃。

一段时间以来,物理学家对什么材料适合测温的认识相当混乱。当时他们以“是否均匀膨胀”为标准来判断理想的测温材料。比如人们经常听说“水银温度计的优点是水银会均匀膨胀”“空气温度计的优点是空气会均匀膨胀或接近均匀膨胀”。但是用来建立这种均匀性的参考标准是很难给出的,因为原则上我们可以以任何一种物质为标准,然后把那种物质的等增量定义为温度的等增量。但问题是,如果选择一种物质(如水银)作为标准物质,就武断地断言该物质会“均匀地”膨胀。而且在比较两种测温物质时,如果水银是任意标准,空气就不会完全均匀膨胀,反之亦然。直到1848年开尔文勋爵才首次揭示了这种差异。他建立了温度的“绝对热力学温标”,它不依赖于任何特定物质的特定性质,形成了比任何特定温标都好得多的温度计基础。按照我们现在的最终参考温标,空气温度计给出的读数和它很像。

校准标准的研究与确定从伽利略到布里奥德,测温学从定性发展到定量,但读数却没有统一的标准。西曼托科学院的成员为温度计选择了两个固定的温度:一个是冬天寒冷,一个是夏天炎热。冬天的冷是指雪或冰在最冷的封冻期的温度,夏天的热是指牛或鹿的体温。在两个固定的温度点之间,它们被分成80或40个相等的区间。1829年,佛罗伦萨在旧玻璃器皿中被发现。