科技研究需要工具，需要量化，反過來，工具的研製也需要科技相關知識或思維作為鋪墊。

溫度測量體系對於熱力學來說自然很重要，另外，溫度也與人們的生活生產密切相關。

“春江水暖鴨先知”，“冬夜夜寒覺夜長”，人和動物都能深切感受自然環境的冷暖變化。

溫度（temperature）是表示物體冷熱程度的物理量，微觀上來講是物體分子熱運動的劇烈程度。溫度只能透過物體隨溫度變化的某些特性來間接測量，而用來量度物體溫度數值的標尺叫溫標。

先來了解我們現在使用的兩套溫標體系：華氏溫標和攝氏溫標。

華氏、攝氏，正如我們所稱的吳氏、蘇氏，不過這是兩個老外，兩個男性。華氏的英文名並非H開頭，而是Fahrenheit，攝氏的英文名也並非S開關，而是Celsius。

華氏溫標：是德國人華倫海特(Fahrenheit)於1714年創立的溫標。它以水銀作測溫物質，確定冰的熔點為32度，沸點為212度，中間做180次等分，以℉表示。

攝氏溫標：1740年瑞典人攝爾修斯(Celsius)提出在標準大氣壓下，把冰水混合物的溫度定為0攝氏度，水的沸點規定為100度。根據水這兩個固定溫度點來對溫度進行分度。兩點間作100次等分，每段間隔稱為1攝氏度，記作1℃。

華氏度 = 32°F+ 攝氏度 × 1.8

攝氏度 = (華氏度 - 32°F) ÷ 1.8

如我們的體感溫度的對應關係：30°C=86°F

1 為什麼有32這個引數？

如何在一個衡量溫度的器具上刻刻度以及如何確定物質的凝固點和沸點，都是人為規定的，但肯定有其合理性？並且會朝更合理的方向改進。

荷蘭人華倫海特想出了一個把溫度計上的刻度統一起來的辦法。他把溫度計放在冰雪和鹽的混合物裡，看玻璃管裡的水銀降到哪兒，就在玻璃管上刻一條線，這時的溫度計作為零度（當年所瞭解的最低溫度）。再把溫度計放在自己嘴裡（測體溫），看水銀升到哪兒，又刻一條線。把這兩條線之間平分成24格，一格作為一度。後來，他覺得這樣的格子太大，又把每一格平分成4格，一共成了96格，從0度到96度。再用同樣大小的格子，刻出零度以下和96度以上的度數。其他的液體（如酒精）也可以用同樣方法來定刻度。許多人採用了這種刻度溫度計。因為它是華倫海特創造的，所以叫華氏溫度計，量出來的度數就是華氏多少度，用“F”來表示。例如水的冰點是華氏32度，就寫成“32℉”。水的沸點是華氏212度，就寫成“212℉”。

如果液體中溶有少量其他物質（或稱為雜質），即使數量很少，物質的凝固點也會有很大的變化。例如水中溶有鹽，熔點（固液兩相共存並平衡的溫度）就會明顯下降，海水就是溶有鹽的水，海水冬天結冰的溫度比河水低，就是這個原因。飽和食鹽水的熔點可下降到約-22℃。

其實將水的冰點規定為32度，應該具有一定的偶然性。最先確定的兩個點應該是冰水混合物的較低點和體溫的較高點並做等分。然後確定了冰水的凝固點和沸點。

華倫海特做了兩種溫度計——一種裝上酒精，另一種裝上水銀。從他在1724年發表的第一篇論文來看，他那時所用的溫度計選用了兩個固定點：結冰的鹽水混合物的溫度和人體的血液的溫度，並把它們之間的間隔分為96度。從他1724年發表的第二篇論文來看，他還使用了以冰水混合物決定的第三個固定點。我們從這篇論文中引述如下：“那些溫度計的刻度僅僅是使用在始於0度和止於96度的氣象觀察而已。這個刻度取決於三個固定點的測定，它們是用如下方法得到的：首先，最低點……是以冰、水和氯化銨或海鹽的混合物來確定的，如果把溫度計浸在這混合物中，則[溫度計內]液體降落到記為零的點。這個試驗在冬天比在夏天更成功。第二點是這樣得到的，如果混合物是由水和冰混合而成，但沒有剛才所說的鹽；如果把溫度計浸在這種混合物中，則溫度將固定在32度……第三點是在第96度，如果溫度計是放入健康人的口中或腋下，酒精就膨脹到這一點。”

在他的第五篇論文中，他說：“在解釋關於一些液體的沸點的實驗中，曾講過那時發現水的沸點是212度；後來透過種種觀察和實驗，認識到這一點對於同一種水和在相同的大氣重量下是固定的，但在不同的大氣重量下它可能很不相同。”由此可見，在1724年的212度的數字是沒有預先安排的；沸水純粹是碰巧使水銀柱升高到那一點。如果我們對華倫海特1724年的論文的解釋是正確的，那正是同樣偶然的原因才促使他把32度記為水的冰點，並把180度固定為水的冰點和沸點之間的度數。我們可以預料，在華倫海特後來的實踐中，他的實驗結果使他放棄了在他的第一篇論文中敘述到的兩個固定點，並選擇了水的冰點和沸點的溫度作為更加方便的固定點。但是，我們沒有直接的和可靠的資訊來證明或者是他或者是他的阿姆斯特丹的合作者實際上走了這一步。在他贈送給C·沃爾夫的兩個溫度計的1714年的《博聞錄》中的說明書表明，從結冰的鹽水混合物到血液溫度之間首先劃分為24份，然後把這24份的每一份再更細地分為4份，全部就是96等份。

我們知道，水銀的凝固點是-38.86 ℃(101325Pa 大氣壓)，與32無關。華氏將水的冰點作為32℉具有偶然性。

汞（Hydrargyrum）是化學元素，元素符號Hg，元素週期表第80位，在化學元素週期表中位於第6週期、第IIB族，俗稱水銀(mercury)，是常溫常壓下唯一以液態存在的金屬（從嚴格的意義上說，鎵（符號Ga,31號元素）和銫（符號Cs，55號元素）在室溫下（29.76℃和28.44℃）也呈液態）。汞是銀白色閃亮的重質液體，化學性質穩定，不溶於酸也不溶於鹼。汞常溫下即可蒸發，汞蒸氣和汞的化合物多有劇毒（慢性）。汞使用的歷史很悠久，用途很廣泛。 在中世紀鍊金術中與硫磺、鹽共稱鍊金術神聖三元素。

2 為什麼有1.8這個引數？

後來，瑞典人攝爾修斯又想出了一個辦法。他把水結冰的溫度作為0度。把水沸騰的溫度作為100度。把0度與100度之間平分成100個格子。再用同樣大小的格子，刻出0度以下和100度以上的度數。

華氏是是在水的冰點和沸點之間底了180個刻度，所以有

= ＝ 1.8

攝爾修斯創造的刻度辦法，比華倫海特的簡便得多，所以更受到人們的歡迎。用這個刻度辦法制成的溫度計，叫做攝氏溫度計，量出來的溫度就是攝氏多少度，用“℃”來表示。

3 溫度衡量史話

3.1 溫度計的老祖宗

最早發明溫度計的，是義大利的大科學家伽利略（1564～1642）。伽利略生活在16世紀中葉。他是第一個用望遠鏡觀察天體的人，那架望遠鏡還是他自己製造的。他首先發現月球的表面是凹凸不平的，發現環繞太陽執行的木星尚有四個衛星在繞著它轉圈子，發現太陽的光球層上有黑色的斑點，稱它為黑子。伽利略對於神秘的自然現象，從來不肯輕易放過。他發現了許多有名的物理定律，創造了不少科學儀器，溫度計只是其中的一種。1593年，伽利略在做實驗的時候，發現空氣受了熱要膨脹，遇到冷要收縮。他就利用空氣熱脹冷縮的性質，製造了一個空氣溫度計。這具溫度計的老祖宗——空氣溫度計是怎麼做的呢?

用一個像雞蛋一樣大小的空心玻璃球，連著一根細細的開口的玻璃管。先用手把玻璃球焐熱，玻璃球裡的空氣就膨脹了，一部分從玻璃管溜了出來。這時候，把玻璃管倒插入一隻裝有水的瓶子裡。當手離開玻璃球以後，玻璃球裡的空氣就冷卻了，瓶裡的水就上升到細玻璃管裡來了。

一具溫度計就這麼做成了。天氣熱的時候，玻璃球裡的空氣就要膨脹，玻璃管裡的水就會下降；天氣冷的時候，玻璃球裡的空氣就要收縮，玻璃管裡的水就會升高。只要用尺子量一下玻璃管裡水的高度，就可以知道天氣的冷和熱的程度了。

3.2 裴迪南的改進

伽利略的溫度計有個缺點，它要受大氣壓力的影響。

為什麼呢?因為下面裝水的瓶子不是密封的，大氣壓力老是壓在瓶子裡的水面上。即使天氣的冷熱沒有發生變化，大氣壓力增大了，玻璃管裡的水也會上升；大氣壓力減小了，玻璃管裡的水也會下降。所以，這種溫度計測的溫度是不準確的。

伽利略有個學生，叫裴迪南，他設法改進了老師所創造的溫度計。為了使溫度計不受大氣壓力的影響，把盛水的瓶子密封起來。但是在這樣密封的瓶裡，空氣的膨脹和收縮就不大明顯了，於是他想是否可以用液體來代替空氣，把液體裝在連著玻璃管的空心球內，把玻璃管的一端密封起來，然後把它倒過來，這就成為了溫度表的形狀了。

裴迪南試驗了許多種液體，發現酒精在受熱或變冷的時候，體積變化很大。他就用酒精來代替空氣，裝在玻璃球裡。再把玻璃球加熱，讓一部分酒精成為蒸汽。等到酒精蒸汽把玻璃管裡的空氣全趕跑了，就把玻璃管的口子封起來，第一個不受大氣壓力影響的真正的溫度計，就是這樣誕生的。人們只要用尺量一下玻璃管裡酒精的高度，就知道溫度的高低了。

後來，人們給溫度計裡的酒精染成了紅色，觀察起來就更加清晰了。通常用來測量氣溫的溫度計，裡面裝的就是染紅的酒精。

法國人布利奧在1659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，具備了溫度計的雛形。

3.3 選擇固定點並均分刻度來度量

以後荷蘭人華倫海特在1709年利用酒精，在1714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。

當華倫海特的溫度計被荷蘭人和英國人採用時，其他國家卻遲遲看不到它的價值。法國人列繆爾（1683～1757）也設計製造了一種溫度計（他不熟悉華倫海特的成就）。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。

1742年，攝爾修斯在一篇論文《對溫度計上兩個固定點的觀察》中描述了他的溫標系統，這種溫標是把標準大氣壓下水的冰點和沸點之間劃分為100度，但當時他採取的是冰點為100度，沸點為0度的方案，這樣可以避免低溫為負數的結果。但這一方案與人們的習慣相悖，1745年，也即攝爾修斯去世後的第二年，他的同事、瑞典植物學家林奈（Carl Linnaeus）把冰點與沸點的度數顛倒過來，這便是我們現在使用的攝氏溫標。不過另有人說，做了這項顛倒工作的是攝爾修斯的繼任者馬丁·斯特勞莫爾（Martin Stroeme）。無論如何，這種百分溫標是創始者是攝爾修斯，為了紀念他，攝氏溫標的單位記作℃。顯然，從絕對數值上衡量1℉≠1℃，因為攝氏溫標的100份在華氏溫標下是180份，它們之間有如下轉換關係：F=（9C/5）+32

3.3 不依賴於物質的溫度體系

前述華氏溫標和攝氏溫標，均要依賴溫度計，或者說依賴於測溫物質，比如水銀。可不可以找到一種不依賴於溫度計的溫標體系呢？可以。1848年，英國物理學家威廉·湯姆遜（William Thomson，即後來的開爾文勳爵）確立了一種新的溫標——絕對溫標，單位為K。此溫標只有一個基準點，即絕對零度，這是冷到極限的狀態，一切原子、分子的熱運動都已消失，相當於攝氏溫標中的零下273.15度，其分度間隔與攝氏溫標相同，因此兩者的轉換關係為：T（K）=t(℃)+273.15。

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，以及中國、法國等大多數國家則多用攝氏溫度。

4 各式各樣的溫度計

根據測溫物質、容器類別和測量方法等不同，溫度計很很多類別。

轉動式、半導體、熱電偶、光測高溫、液晶、數字、水銀溫度計。

氣體、電阻、溫差電偶、指標式、玻璃管、壓力式溫度計。

各咱溫度計各有特點或其應用領域，如水銀溫度計和酒精溫度計就各有千秋，水銀的沸點為357度，故可以測量較高的溫度。但由於其凝固點為零下39度，故不能測比之更低的溫度。像我國內蒙古根河市，今年1月份有幾天氣溫低至零下50多度，這種情況下水銀都成固體了，自然無法使用水銀溫度計，但是可以使用酒精溫度計，因為酒精的凝固點是零下117度。與水銀溫度計相反，酒精溫度計不能測量較高的溫度，因為酒精的沸點是78度。

雖然溫度能測量，但人們發現，溫度只能表明你多冷多熱，不能解釋物體之間熱的傳遞過程。比如兩塊煤都挺燙手，溫度相同，但塊頭不同，加熱的效果就不一樣。也就是說，溫度和熱量其實是兩回事，同樣的溫度，能熱出不同的效果。

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