​#文明之光#之#发明365# 5月3日 仪器的发明（5）温度计的发明

温度计不仅和生活息息相关，而且对于物理学（尤其是热力学）的发现至关重要。温度计的发明是一个过程，而非一个突变的革命。对温度计发明有重大贡献的人包括荷兰人德里贝尔（CornelisDrebbel），著名的物理学家伽利略，英国物理学家、医生罗伯特·弗拉德，意大利的医生桑托里奥，美第奇家族，惠更斯，牛顿和华伦海特等。在他们之前，拜占庭的菲洛等人早已发现了气体和液体热胀冷缩的性质。

伽利略为了在研究物理中测量温度，利用空气热胀冷缩的原理做了一个能反映温度变化的装置。在一个被液体封闭的管子中，当空气受热时，会把液体顶高，当温度降低是，液面会下降。不过伽利略的温度仪器没有刻度。

英国的弗拉德是个半人半仙的术士，他一方面是医生，一方面又是教士，一方面探索真理，另一方面由反对开普勒等人的，他对温度计最大的贡献就是在前人只能定性测量温度的管子上画上了刻度，别看就是这样画了几笔，却把对温度的测量从定性变成了定量。在近代物理学的发展中，定量分析非常重要。相比古代文明的“差不多”“大概”这种感受，定量是近代科学发展的基础。

到了17世纪，荷兰的工匠和造船商德里贝尔像造一种潜水艇，他的想法是利用气体的热胀冷缩原理把潜水艇里的水压出去，让潜艇上浮。1638年，他利用这个原理做成了比较实用的温度计。不过到目前为止，所有的温度计都是靠空气的热胀冷缩挤压水面的高度来测量温度的，和我们今天的水银温度计或者酒精温度计这样靠液体的也涨冷缩是不同的，前者需要非常大的空气气泡，因此温度计的体积不可能太小。

第一个利用液体膨胀制作温度计的是我们昨天（//www.weibo.com/p/1001603838037888008142）提到的费迪南德美第奇二世，作为托斯卡纳大公的他对科学很有兴趣，他发明了酒精温度计，就是我们今天看到的测量室内外温度的温度计。

图 5.3.1 酒精温度计

到了17世纪末，欧洲各国都有了基于液体膨胀的有刻度的温度计，但是大家却发现一个大问题，就是没有统一的刻度标准。最早提出要有一个温度标准的是著名的物理学家惠更斯，他提出用水的冰点和沸点作为温度的两个参考点，这就是我们今天的摄氏温度。惠更斯的设想今天看来很合理，但是当时实现起来有个困难，那就是酒精温度计无法测量水的沸点，因为酒精在78度就先沸腾了。作为替代的方法，牛顿建议用冰点和人的体温做两个基点，然后把中间的温度化为十二份。（英国人的单位喜欢用十二进制）。很多人认为牛顿这个建议可行，但是也有一个问题，就是当时没有制冷装置，通常得不到冰，因此无法校对温度。1724年德国的物理学家华伦海特基于牛顿的思想，设计了一种在当时最合理的度量温度的方法。他利用了一种制冰的方法，将氯化铵溶于水，温度会下降，当这种溶液温度下降到完全冰冻点时（最低点时），他把温度定位零度，然后等着冰融化，在冰水混合时，温度定为32度。如果这样测量，我们人体腋下的温度大约为96度，因此他还把人体腋下的温度定为96度，这样就有了三个基准点，这种度量被称为华氏温度。在后来摄氏温度被普遍使用前，欧洲流行的是华氏温度。在华伦海特的时代，人们已经发现可以用水银取代酒精测量比较高的温度了。摄氏温度和华氏的转换公式是：

C=（F-32）*5/9