第一支温度计的诞生

第一支温度计的诞生

有这么一个故事：小斯可特发高烧了。爸爸赶忙给他叫来了医生。一量体温，医生说：“120度”，并留下了几剂退烧药就走了。爸爸让小斯可特去睡一会儿，可斯可特说不累。到了晚上，他还不去睡，脸色煞白，并呆呆地盯着床腿。爸爸问他怎么啦？小男孩说他在等待。“等什么？”“等死。”“死？”爸爸笑了：“怎么会呢，吃过药就好了，刚才医生说过不要紧的。”小男孩说他的体温超过了100度，怎么活呀？爸爸连忙给他解释，就像“里”和“公里”一样，温度计上的温度也有不同的标准。这样，小斯可特才放心地去睡了。

实际上，在我们日常生活中，就像小斯可特一样，好多人并不真正知道华氏温度和摄氏温度的区别的。那么，它们有什么区别？能“知冷知热”的温度计是怎样被发明的？这得从头说起。

2000年前的古代，希腊人古蒂希比奥斯的弟子费伦就已经制作出和温度计原理差不多的玩具了。费伦把装着水的玻璃球和铅球接在∩型玻璃管的两端，并使玻璃管不漏空气。然后使铅球冷却，由于玻璃管内的空气收缩，水就沿着玻璃管由玻璃球向铅球方向移动。反之，给铅球加温，水又沿着玻璃管由铅球向玻璃方向移动。使用这种装置，虽能测量温度，但当时，费伦只是把它当玩具制作的。

玩具归玩具，毕竟不是现代意义的温度计。“温度计”这个术语，在西方文献中最早见于丁·勒雷雄1624年出版的《数学娱乐》一书中。

到16世纪末，德国人舒本特公开了他设计的温度计装置。他的设计是这样的：首先在连接长管子的玻璃瓶里放少许水，然后倒置，把长管的开口端放进盛水的容器中。到冬天，容器中的水在水管中升高，夏天则下降。

不过，国际科学界普遍把第一支温度计的功劳归于意大利的科学先导伽利略。他利用气体热胀冷缩原理制作了一支气体温度计。它是一支下端开口，上端呈封闭玻璃泡状的玻璃管，玻璃泡里面有空气。当温度上升或下降时，以此来指示温度。

空气温度计是很粗陋的仪器。发现气体定律的英国物理学家波义耳清楚地指出了这种温度计的根本缺陷：“这些仪器要受大气重量变化以及热和冷的影响，因此可能很容易在许多情形下常常告诉我们错误的结果，除非在这些情形里，我仍用别的仪器观察大气当时的重量”。但是空气温度计的出现终归是人类认识和测定自然温度的重要开端。这种温度计在整个17世纪上半叶一直被广泛用于各种科学实验，并在实际应用中得到了改善。

最早对空气温度计进行改革是法国医生雷伊。他在1632年1月1日给法国物理学家默森的一封信中提出了制造液体温度计的设想。其方法很简单，就是把伽利略的温度计倒过来装，在玻璃泡内充水，管子里充空气，用水的膨胀来指示温度。虽然雷伊制作的液体温度计由于没有把管子的末端封闭，水的蒸发使他的仪器变得十分不可靠，但他的实验却开辟了制造更为精确温度计的新思路和新途径。

对完善液体温度计做出重大贡献的是西班牙托斯卡纳的大公裴迪南二世。他是佛罗伦萨西芒托学院的创建人之一。1654年，他设计制造了一种不受大气压影响的温度计。它是在一个玻璃泡上连接一段直管，球泡里装入有色的酒精以取代水作为测温液体，并将玻璃管密封起来，利用液体本身的胀缩来标示温度的高低。当时佛罗伦萨学院的教学人员一律使用这种温度计，所以又被称为“佛罗伦萨温度计”。

当时使用的温度计有两种不同的分度数：分50到300不等。各种温度计在玻璃泡大小、管子直径和酒精数量三者关系上保持一致，但这些温度计没有定点。佛罗伦萨学院曾把托斯卡纳仲冬时分的温度和仲夏时分的温度定为最低点和最高点，这两点的温度分别相当于100分度温度计上的第16度和第80度。

液体温度计的产生大大提高了温度测定的准确性，并成为后来使用的各种测温仪器的主要形式。同时，液体温度计的广泛使用直接推动了统一温标的诞生。

在统一温标方面，不能不提到有名的“三氏温度计”，即华氏、列氏和摄氏温度计。

首先来看一下华氏温度计。17世纪末，德国玻璃工人华伦海特制造出了一种温度计。他把水、冰和盐混合后的最低温度定为零度，把冰溶解的温度定为32度，而人的体温是它的三倍定为90度。按照他的刻度，酒精的沸点为176度，水的沸点为212度。使水逐渐冷却，虽然已到摄氏零度却并不结冰，这种现象叫“过冷却”。华伦海特对此进行了种种研究，仍弄不清原因。因此他为确定温度计的刻度而大伤脑筋。据说没有选择水结冰的温度，或冰溶解的温度作为零度，是因为发现了水的过冷现象。但是，他却找出了另外一些可作为基准点的温度。他所刻的温度计一侧标有F刻度，在美国几乎全使用这种华氏温度。

再来看一下列氏温度计。1730年，法国的列奥缪尔设计一种以水结冰的温度为零度，以水沸腾的温度为80度的刻度。他在温度计中使用了酒精，并以酒精在水结冰时的体积为1000，在水沸腾时的体积为1080。列奥缪尔设计的酒精温度计，现在几乎不再作用。

继华氏、列氏温度计之后，到1741年，瑞典的摄尔修斯制成了新的温度计。他的不是酒精温度计，而是水银温度计。他把水银温度计放入行将溶化的雪中，在水银柱指示的位置上标上刻度，接着把温度计水银球部分放入沸水中，在水银柱上升的最高位置上标上刻度。前者定为0度，后者定为100度，并在这两个刻度之间作100等分，这就是摄氏温度计。

在制造工艺上，制作温度计的最大难点是向纤细的玻璃管里灌注水银，首先要把少许水银灌进去，反复冷却、加温，除了一点一滴的灌注方法外，别无它法。其次，纤细的玻璃管通道，如果过粗、过细，或弯曲，都会造成刻度的不准确。因此，玻璃管的制造问题使温度计的制造者们煞费苦心。到20世纪，随着玻璃工业的发展，终于能够大量生产准确而且品质相同的温度计了。

在全世界，各个领域每天都在进行千万次的测量。温度计量是计量学的一个重要分支，它在国民经济领导域占有一定的地位。人们的日常生活、工农业生产和科学实验等许多方面都与温度测量有着十分密切的关系。比如，在金属冶炼过程中，如果温度计失准，会使钢筋发脆、上万件枕轨断裂报废。在农业生产中，谷物浸种、薄膜育秧、种子防腐处理以及粮食保管等方面，都需要测量温度。在科研方面，超高温、超低温的应用，超导电子学的兴起，宇宙开发所用的液氢的细微温度变化，都与复杂的测温工作有着千丝万缕的联系。因此，可以这么说，温度计家庭中“知冷知热”的各位“人类保姆”们，正在用自己敏感的身躯精心地“以身作则”，向人类报告着这个世界“冷和热”的信息。