有誰知道溫度計的發展歷史

時間 2022-03-10 12:30:17

1樓:匿名使用者

識別物體冷熱的最簡單的方法是利用人的觸覺,但這種測溫手段常常會有誤。如我們將左手放入熱水中,右手放入冷水中,然後再將兩隻手一起放入介於以上兩個熱度之間的溫水中,兩隻手的感覺就完全不同,原來浸入熱水中的左手會覺得涼,原來浸入冷水中的右手會感覺水熱。在日常生活中尚難以用這種方法作出冷熱的判斷,在科學上就更無大的價值了。

科學家需要一種既客觀、又能給出具體數值的判定冷熱的方法,這種需要促進科學家發明了溫度計。

溫度計的原理及最初發明

把兩個冷熱不同的物體放在一起,互相接觸,經過一段時間後,兩個溫度就會達到相同的冷熱程度。這時用科學術語說,它們相互達到了熱平衡。再進一步,如果有三個物體a、b、c,其冷熱程度不同,a和b互相隔開,並使a和b與物體c相接觸。

經過一段時間後,a和c及b和c都達到了熱平衡。這時,如果再使a和b相接觸,則會發現a和b之間不發生熱傳遞,各自的溫度也不發生變化。這說明a和b在開始接觸時就處於熱平衡狀態。

由此會得到一個結論:如果物體a和b都跟第三個物體c處於熱平衡狀態,則a和b也必定處於熱平衡狀態,即一切互為熱平衡的物體都具有相同的溫度。這就是用溫度計測定物體溫度的依據!

早在公元前250年,比扎提烏姆(byzantium)的斐羅(philo)就曾描述過加熱使空氣膨脹的各種實驗。到公元100年,亞里山大里亞的黑倫(heron)再一次描述過同樣的實驗。說明人類很早就認識到空氣具有熱脹冷縮的性質。

這也就是最早的溫度計所應用的原理。

最早的溫度計究竟是誰發明的?曾經有過爭論,有的人把最早的溫度計的發明歸功於荷蘭的有名機械師德里貝爾(c.drebbel);也有人把這項優先權歸功於帕杜亞的解剖學家桑託留斯(sanctorius);還有人把它歸功於克拉科夫的神父保羅(paul),倫敦的醫生弗拉德(r.fludd)及德國的蓋裡克。但現代的歷史研究一致同意把溫度計的發明歸功於伽利略。

2023年(伽利略的學生維維安尼給出的發明年代),伽利略用一個45釐米長的、麥杆粗細的玻璃管,一端吹成雞蛋大小的玻璃泡,一端仍然開口。伽利略先使玻璃泡受熱,然後把開口端插入水中,使水沿細管向上上升一定的高度。因為泡內的空氣會隨溫度的變化發生熱脹冷縮,水管內的水也會隨之發生升降。

這樣就可以用水管內水位的高低表徵玻璃泡內空氣的冷熱程度。這就是第一隻溫度計。伽利略的另一個學生卡斯特里(b.castelli)親眼看到伽利略在2023年進行實驗講演時使用了這種溫度計。

當然這種溫度計是不會準確的,因為泡內空氣會受大氣壓及溫度起伏的影響,它實際上是一個溫度氣壓計。同時伽利略在管子上的刻度也是任意刻劃的。

2023年,法國物理學家雷伊(j.ray)第一個改進了伽利略的溫度計。他將伽利略的裝置倒轉過來,將水注入玻璃泡內,而將空氣留在玻璃管中,仍然用玻璃管內水柱的高低來表示溫度的高低。由於這項改進使水成了測溫物質,實際上這成了第一隻液體溫度計。

它的缺點在於,向上的管口沒有封閉,由於水會不斷蒸發,會影響到測量的準確性。科學家就在玻璃泡和玻璃管的相對大小上進行研究,以減少這種蒸發,使液體能在一年的過程中在整個玻璃管的長度內升降。儘管從今天的角度看來這種努力的方向不大對頭,但從溫度計發展完善的全過程來看,這種努力是有價值的,也是必然會出現的。

沒有當初在各個方面想方設法的改進,就不會有今天的完善。

2023年,佛羅倫薩西曼託(cimento)科學院的成員們提出了密封管子的思想,並建議用酒精取代水作為測溫物質,從而使最早的溫度計進入了較為實用的階段。

溫度計的進一步完善

溫度計的進一步完善和發展是沿著兩個方向進行的,一是測溫物質的選擇;二是刻度標準的確定。

測溫物質的研究和確定 除上述用酒精取代水作測溫物質的嘗試外,2023年法國天文學家布里奧(i.boulliau)製造一個溫度計,第一次使用水銀作測溫物質。他本人從2023年5月起至2023年9月,連續進行了兩年多的溫度觀察記錄,僅次於開始於2023年的佛羅倫薩的溫度觀察記錄,成為現存最古老的溫度記錄之一。但到了18世紀,法國的勒奧默有鑑於水銀的膨脹係數小,曾強烈反對使用水銀作測溫物質。

他致力於製造一個既方便又能達到精度要求的酒精溫度計。但由於他的溫度計結果不好,並且不同的溫度計也不一致,日內瓦的德呂斯(1727—1817)又恢復使用水銀,並以一個物理學家的身份熱情地呼喊:「自然界給我們這個礦物肯定是為了做溫度計」。

2023年,荷蘭的穆欣布洛克還發明一種特殊溫度計,它是利用金屬細杆的膨脹和收縮原理製成的。35年後韋奇伍德發明的高溫計利用的正是這一原理。

2023年,杜隆和珀替還比較了水銀溫度計和空氣溫度計。他曾假定各個水銀溫度計彼此都是一致的,但勒尼奧證明,事情並非如此。勒尼奧還證明,在0℃和100℃之間,空氣溫度計和普通軟玻璃水銀溫度計非常接近,但空氣溫度計的中間刻度落後於水銀溫度計約0.2℃左右。

在250℃時,水銀溫度計的讀數比空氣溫度計高半度以上;在300℃時兩種溫度計的差別已達1℃;350℃時差別達30℃。奧爾舍夫斯基還比較了氫溫度計和水銀溫度計,發現在低溫情況下,氫溫度計還是十分可靠的,當-220℃時,它們的誤差不大於1℃。

究竟什麼物質作測溫物質好,在一個時期內,物理學家的認識是相當混亂的。那時他們用「均勻膨脹與否」作為判斷理想測溫物質的標準,如那時常聽人說「水銀溫度計的優點是水銀會均勻地膨脹」,「空氣溫度計的優點是空氣會均勻地膨脹或近似均勻地膨脹」。然而被用來確立這種均勻性的參考標準就很難給出,因為原則上我們可以取任何一種物質作為標準,然後就把那種物質的相等增量定義為溫度的相等增量。

但問題在於,若選定一種物質(比如水銀)作為標準物質後,若斷言該物質會「均勻」膨脹,這就武斷了。況且當兩種測溫物質比較時,如果水銀是任定的標準,則空氣就不是完全均勻地膨脹,反之亦然。這種差別直到2023年才由開爾文勳爵第一個揭示出來。

他建立了溫度的「絕對熱力學溫標」,該溫標不依賴於任何一種特定物質的特定性質,為溫度計構成了一個比任何特定溫標要好得多的基礎。按照這個我們現在的最終的參考溫標,空氣溫度計所給出的讀數很近似於它。

刻度標準的研究和確定 從伽利略到布里奧,測溫術從定性發展到定量,但讀數還沒有統一的標準。西曼託科學院的成員們為溫度計選擇了兩個固定的溫度:一個是冬冷,一個是夏熱。

冬冷是指最冷的冰凍時期的雪或冰的溫度,夏熱指奶牛或鹿的體溫。在兩個固定的溫度點之間,他們又分成80或40個相等的間隔。2023年,曾在舊的玻璃器皿中發現了當年佛羅倫薩的

2樓:匿名使用者

溫度計是測溫儀器的總稱。根據所用測溫物質的不同和測溫範圍的不同,有煤油溫度計、酒精溫度計、水銀溫度計、氣體溫度計、電阻溫度計、溫差電偶溫度計、輻射溫度計和光測溫度計等。

最早的溫度計是在2023年由義大利科學家伽利略(1564~1642)發明的。他的第一隻溫度計是一根一端敞口的玻璃管,另一端帶有核桃大的玻璃泡。使用時先給玻璃泡加熱,然後把玻璃管插入水中。

隨著溫度的變化,玻璃管中的水面就會上下移動,根據移動的多少就可以判定溫度的變化和溫度的高低。這種溫度計,受外界大氣壓強等環境因素的影響較大,所以測量誤差大。

伽利略發明的第一個溫度計

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後來伽利略的學生和其他科學家,在這個基礎上反覆改進,如把玻璃管倒過來,把液體放在管內,把玻璃管封閉等。比較突出的是法國人布利奧在2023年製造的溫度計,他把玻璃泡的體積縮小,並把測溫物質改為水銀,這樣的溫度計已具備了現在溫度計的雛形。以後荷蘭人華倫海特在2023年利用酒精,在2023年又利用水銀作為測量物質,製造了更精確的溫度計。

他觀察了水的沸騰溫度、水和冰混合時的溫度、鹽水和冰混合時的溫度;經過反覆實驗與核准,最後把一定濃度的鹽水凝固時的溫度定為0℉,把純水凝固時的溫度定為32℉,把標準大氣壓下水沸騰的溫度定為212℉,用℉代表華氏溫度,這就是華氏溫度計。

在華氏溫度計出現的同時,法國人列繆爾(1683~1757)也設計製造了一種溫度計。他認為水銀的膨脹係數太小,不宜做測溫物質。他專心研究用酒精作為測溫物質的優點。

他反覆實踐發現,含有1/5水的酒精,在水的結冰溫度和沸騰溫度之間,其體積的膨脹是從1000個體積單位增大到1080個體積單位。因此他把冰點和沸點之間分成80份,定為自己溫度計的溫度分度,這就是列氏溫度計。�

華氏溫度計製成後又經過30多年,瑞典人攝爾修斯於2023年改進了華倫海特溫度計的刻度,他把水的沸點定為零度,把水的冰點定為100度。後來他的同事施勒默爾把兩個溫度點的數值又倒過來,就成了現在的百分溫度,即攝氏溫度,用℃表示。華氏溫度與攝氏溫度的關係為

℉=9/5℃+32,或℃=5/9(℉-32)。

現在英、美國家多用華氏溫度,德國多用列氏溫度,而世界科技界和工農業生產中,以及我國、法國等大多數國家則多用攝氏溫度。

隨著科學技術的發展和現代工業技術的需要,測溫技術也不斷地改進和提高。由於測溫範圍越來越廣,根據不同的要求,又製造出不同需要的測溫儀器。下面介紹幾種。

氣體溫度計多用氫氣或氦氣作測溫物質,因為氫氣和氦氣的液化溫度很低,接近於絕對零度,故它的測溫範圍很廣。這種溫度計精確度很高,多用於精密測量。

電阻溫度計分為金屬電阻溫度計和半導體電阻溫度計,都是根據電阻值隨溫度的變化這一特性製成的。金屬溫度計主要有用鉑、金、銅、鎳等純金屬的及銠鐵、磷青銅合金的;半導體溫度計主要用碳、鍺等。電阻溫度計使用方便可靠,已廣泛應用。

它的測量範圍為-260℃至600℃左右。�

溫差電偶溫度計是一種工業上廣泛應用的測溫儀器。利用溫差電現象製成。兩種不同的金屬絲焊接在一起形成工作端,另兩端與測量儀表連線,形成電路。

把工作端放在被測溫度處,工作端與自由端溫度不同時,就會出現電動勢,因而有電流通過迴路。通過電學量的測量,利用已知處的溫度,就可以測定另一處的溫度。這種溫度計多用銅——康銅、鐵——康銅、鎳銘——康銅、金鈷——銅、鉑——銠等組成。

它適用於溫差較大的兩種物質之間,多用於高溫和低濁測量。有的溫差電偶能測量高達3000℃的高溫,有的能測接近絕對零度的低溫。�

高溫溫度計是指專門用來測量500℃以上的溫度的溫度計,有光測溫度計、比色溫度計和輻射溫度計。高溫溫度計的原理和構造都比較複雜,這裡不再討論。其測量範圍為500℃至3000℃以上,不適用於測量低溫。

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