温度计与温标

张译丹

（渤海大学数理学院，辽宁 锦州121000）

1 温度计的诞生及其早期发展

早期的温度计是由意大利科学家在16世纪90年代发明的，他在一系列实验中发现气体具有热胀冷缩的现象，他提出通过气体的热胀冷缩这一特性来制作温度计，从而判定实物的温度。最早的温度计是一个玻璃管上面配有一个核桃大的玻璃泡，整个玻璃器皿道理在盛有液体的容器中，当对该“温度计”进行加热时，液体在玻璃管中向上移动，进而识别出温度的数值。

17世纪，一位法国医生提出将液体全部放入玻璃管内部，还因他人的建议将液体染成了特殊的颜色，以便察看。

继而意大利西芒托学员的学生将玻璃管上根据一定要求取得了两个端点值，将其分成了80或40等份并刻上刻度，称作温标。

随着时间的推移温度计的外形也变得更加美观，其温标的设定标准也在日益趋向完善。

2 温标的确定和发展

温标是用来描述温度数值这一概念的，意大利某一学院为温度找寻了两个固定点，并在这两个固定温度点中间划分了相同的等份，然而由于其中两个固定温度点的确定标准并不完全科学，该方法受到了许多质疑并进行了种种改进。

直至后来，温标的端点值因为伽利略空气温度计的出现又进行了一次改进，并出现了绝对稳定这一概念。

2.1 华氏温标

说起华氏温度不得不提的一个人便是华伦海特，此人注重于研究温度计的精确结构，对于沸点恒定性的研究这一方面很有兴趣。随着他的深入研究，通过各类数据分析表明，每一种液体包括水都有一定的温度点可以是其达到沸腾，这是一个固定沸点，而固定沸点会随着气压的变化而变化。根据这一特性，华伦海特找出了其内含的准确关系制作出一种有明确温标的温度计。华伦海特制作的温度计以人体血液温度和结冰盐水混合物的温度为上下两个固定点，并把其间分成96等份，每一等份为一度。华伦海特制作的温度计每一度被称为“一华氏度”。

2.2 摄氏温标

摄氏温度的出现是由于许多人认为华伦海特制作温度计的依据不够严谨，毕竟不同的人体质不同其血液温度有着些许差别，使得温度计的对温度的测定难免有所偏差不适合用来作为温度计的固定点。因而新的温度计的温标判定方法逐渐诞生，该温标的诞生历经了三个转折。第一个转折是法国科学家通过研究酒精和水的混合液的凝固点提出在标准大气压下以此作为温度计的一个端点值，该科学家将刻度划分为八十等份称之为列氏温度。后来人们普遍不满意于这八十等份的划分，后来随着瑞典天文学家涅尔修斯将冰水混合物的凝固点作为端点值之一的想法出现，就受到了人们的广泛赞同。8年后摄尔修斯的同事施勒默尔将摄氏标度倒转过来，即以冰的熔点为0度、以水的沸点为100度，这就是现在得到世界公认的摄氏温标。

2.3 理想气体温标

在国际上由于水的冰点和沸点两个固定值在不同的大气压下会相应做出改变因此规定，只用一个标准固定值作为温度计的两个端点值。而理想气体测温就是指把理想气体当成测温物质并选择其体积压强等物理量对应的物理属性进行测温而制成的温度计。当气体温度计内的空气特别稀薄时，无论何种气体都会趋近于一个值，这个值转换来就是理想气体所能达到的温标。也可以称作是标准温标。

然而气体温度计在温度极高或极低的情况下均不适用，不能够有效准确地测量出温度的数值，且该温度计、温标的设定均是在特定气体的基础上，因而在使用中具有一定的局限性。

2.4 热力学温标

热力学温标是英国物理学家开尔文提出的，是国际认定的基本温标，具有很强的代表性和科学性。其完全脱离于物理物质属性完全靠单纯的理论推论出这一温标。另外，热力学温标十分严谨准确，有研究报告显示，在一定范围内空气温度计测定的温度与热力学温度计温标相符且丝毫不差。1960年国际计量大会对摄氏温标作了新定义，并规定它由热力学温标导出。

2.5 经验温标

某一种温度计都是根据任意一种温标构成的，结合相应的液体温度计来谈一谈对经验温标的建立。经验温标顾名思义有根据经验来设立温标的含义，经验温标的建立需要三个要素：

（1）选择测温物质和测温参量

即选择要测温的物质和测温时测温物质能够因此而发生改变的物理属性，据此来间接测定物质的温度，为温度的判定提供参考量。原则上讲，任一物质的任一物理属性，只要它随温度的改变而单调地变化，都可以被选用来标记温度。

（2）规定测温参量随温度的变化关系

即将测定温度的物质其参量和温度进行联系，以便通过测温物质的物理属性变化可以快捷地推论出温度的数值。此外为了测量的准确性一般建议变化关系能够以方程式的形式表示，而基于方便快捷的要求则希望尽量使用有线性联系的变化关系。

（3）选择参考点并规定其数值

这是依据经验建立温标的关键一步，通过此参考点规定了温标的标准，从而进行一系列的换算和使用。该步骤该步骤对于数值的规定实为十分重要关键的一步。

3 现代温度计

3.1 红外温度计

红外温度计是利用了一切物体凡是其温度高于摄氏零度都可以向外辐射红外线的特性，通过用特定仪器测量散发出的红外线的波长、辐射幅度以及震动记录可以较为清晰的测定出各类物体的准确温度，根据物体的温度进行属性以及其他各类工作的推断。红外温度计在现代温度计中属于较为便捷的测温仪器，具有测量准确率高等优良特点。

该类温度计在应用上前景十分广阔，例如耳朵电子温度计，是一种专门测量人体温度的温度计，在几秒钟的时间内就可以安全有效地测量出温度，十分便捷，尤其适用于老年人和婴儿的体温检测。

3.2 液晶温度计

液晶温度计的原理是依据不同材质的液晶会使其相变温度不同，而不同的相变温度投影在平面上会产生不同的颜色，根据特定的颜色比照颜色对照图可以有效识别判断出此刻的温度。液晶温度计的这一特性使得其温度的判定比较准确且十分明容易判断。由于只是单纯的根据颜色的变化来判定其温度的大小，介于颜色的区分范围精准度略有不同，导致液晶温度计的精度也有些许偏差。

液晶温度计常常用在鱼缸中检测水温，这样既增添了鱼缸的美观性能又能够起到控制水温以保障鱼儿正常生活的功能。

3.3 电阻温度计

在高中的物理实验课上我们就学过，一般金属的电阻会随着温度的升高而增大，在进一步的研究中我们发现，多数电阻和温度之间存在着一定的二次多项式关系。若实现计算好某一金属电阻和温度的关系，可以通过测量金属的电阻进一步得知事物的温度。该温度计的好处是可以十分精准的测量出实物温度，缺点是使用方法较为复杂且有一定的局限性，适合专业人员使用不能大范围推广。

4 总结

通过对以上温度计与温标发展简述能够基本清楚的了解到温度计与温标发展的曲折历史，了解到一代代科学家为此都做出了巨大的牺牲和贡献，了解到每一个新的名词和事物的出现都不是一件容易的事。直到现在，温标的设定近乎完善种类多样，为人们的生活提供了许多的方便。通过这篇文章让人们了解温度计、温标的发展史之余，向为此付出的人们致敬！

［1］韩仙华,等.大学物理教学设计[M].北京：国防工业出版社,2006.

［2］山东省师专、教育学院物理教材编写组.热学[M].济南：山东科学技术出版社,1987.

［3］张拴珠.漫谈温标[J].晋东南师范专科学校学报,2002(2)：28-31.

［4］赵凯华,罗蔚菌.热学[M].北京：高等教育出版社,1998.