不断改进的温度计

作者: 周成

之前,禽流感引起了大家的恐慌,贾波特每天早上起来就会给自己测量温度,他还建议吴晓宇和刘一休在家里也备上体温计,可以随时监测自己的体温,关注自己的健康。

吴晓宇和刘一休用了体温计之后,觉得体温计真不错,可以迅速准确地测量出自己的体温。于是,他们不约而同地对体温计产生了浓厚的兴趣。他们想:再复杂的问题,时间机器都会带领我们了解清楚的。于是,一齐去找时间机器了……

最初的体温计

时间机器:“今天,我们已习惯了将冷热的变化用多少度这一量化概念来表示,因此无论谁对温度计都不陌生。然而,温度计究竟是怎样诞生的,那些温度又是怎样确定的呢?为了测定出如今普通温度计上的每一个刻度,发明家大约花了一千多年的时间。”

时间机器带着大家来到了18世纪以前,当时的人们是无法准确表示气温的微小变化的,只能凭人们的感觉来判断冷和热。

到了公元2世纪,一位叫加莱的希腊医生建议了四个等级来表示人体的冷、热变化,以方便看病。这个不足为奇的建议一直被医学界采用了很久。

“你们还不知道吧?体温计只是温度计中的一种,最初的体温计是著名的意大利物理学家伽利略在16世纪时发明的。”接着,时间机器就告诉了大家这样一个故事:

有一天,伽利略在教书时,有几位医生来拜访他,恳求地问这位科学家:“先生,人生病时,一般体温总是会升高,有什么办法帮助我们准确地测出体温、诊断病情呢?”

医生们的这个请求,引起了伽利略的注意。有一天上课时,一个学生的话给他带来了启示,他联想到几天前医生们提出的问题,仿佛找到了开锁的钥匙。他想到:水的温度发生变化,体积也随着变化;反过来,水的体积的变化,不是也能测出温度的变化吗?

一下课,伽利略急忙回到办公室,根据热胀冷缩的原理,做起了实验。但几次实验,他都失败了。这一天,他手握试管底部,让管内空气渐渐变热,然后将试管的上端插入水中。他发现:当他松开握着的手时,水在试管里被慢慢吸上去一截;当他再握住试管时,水又渐渐从试管里降下去。后来,伽利略又做了多次改进,把一根很细的试管装上一些水,排出里面的空气,又密封好,并在试管上刻上刻度。然后,将这个自制的密封的试管交给医生用。医生让病人握住试管,果然,从水上升的刻度获得病人的体温了,这就是世界上第一只体温计。

但是,到了冬天,体温计里的水结上了冰,一只只体温计都爆裂了。‰后?来,伽利略的学生继续研究,并制作了酒精温度计。如此一来,测出的温度就准确多了。但是,因为酒精到78摄氏度时就开始沸腾,所以它不能用来测量一般的高温。

华氏温度计的出现

“怎么改善这个缺点呢?”刘一休嘀咕道。

“别着急,我这就带你们去看。”这时,时间机器带领大家来到了1714年的荷兰阿姆斯特丹,这个时候,有一位名叫华伦海特的仪表商用水银代替了酒精,克服了上述的缺点。

“你们知道怎么回事吗?因为水银在350摄氏度才开始沸腾气化,在零下39摄氏度才开始凝固。所以水银温度计能测出较高或较低的温度。”吴晓宇信心满满地告诉大家!

“嘿,你小子还不赖嘛!还懂得一些物理知识,跟着时间机器没白混啊!”刘一休揶揄道。

不过,那时各种温度计所取刻度的含义很不统一,都是各取所需。比如,英国皇家学会实验部主任罗伯特·胡克把水的结冰温度作为一个起点;有的医生以正常血温为起点;而牛奶场的商人则以牛奶溶点为起点等。这样,没有统一的标准,非常混乱。于是,1740年,大家统一决定以水的冰点和沸点作为温度计标准刻度的依据。但这两个温度之间的标记呢?学者们又各抒己见了。

于是,发明水银温度计的华伦海特提出,把水在一个大气压下的冰点定为32度,沸点定为212度,中间划为180格,每一格定为一度,这就是华氏温度。用华氏温度计量出的温度度数,常用“F”来表示,例如华氏82度就记作“82摄氏度F”。但对普通人来说,华氏温度计使用不便。

“后来,英国医生奥尔布特在此基础上,于1867年创制了一只能快速、准确测量体温,长度只有约15厘米的体温计。也就是现在这种在小玻璃管上刻刻度,玻璃管下端储存水银的小玻璃泡的现代体温计。”时间机器接着告诉大家。

更方便的摄氏温度计

“华氏温度计使用起来这么不方便,那肯定很难普遍起来吧?”

“不用担心,很快又有人设计了一种新的温度计。他就是瑞典天文学家摄尔西斯,1742年,他设计制造了一种温度计,就是把一个大气压下的水的冰点定为零度,沸点定为100度,中间划分100格,每格定为一度,这就是我们今天最熟悉的摄氏温度。气象台预报气温变化时就是采用他制定的标准。用摄氏温度计量出的温度,常用‘℃’来表示,例如25摄氏度,记作‘25℃’。”时间机器告诉大家。

今天人们普遍使用的温度计大多采用摄氏温度,它仍是利用液体的膨胀或收缩来测量温度变化的,液体被密封在一个玻璃泡里,玻璃泡又与一根细玻璃管相连。温度较高时,液体膨胀并在管内上升;温度较低时,液体收缩并在管内下降。液面最高处的管子上的刻度可以准确地显示当时的温度是多少。

“哎,发明一个温度计还真不容易,原来经过了这么多人的改进,而且我到今天才了解温度计的作用这么多,可以测体温、测室温等。”听完时间机器的话,三个小伙伴各自感叹道。

有趣的现代温度计

如今,温度计活跃在各个领域,大显身手。比如,高温温度计,专门用来测量500摄氏度以上的温度。还有指针式温度计,是形如仪表盘的温度计,是用金属的热胀冷缩原理制成的,也称寒暑表,用来测室温。还有可以进行遥测的电子呼吸脉搏体温计,甚至还有会说话的体温计等。“今天真是长见识了!以前还真不知道温度计家族成员如此繁多。”“那还不止呢!像压力式温度计、光测高温计、液晶温度计……你们估计都没听说过!”时间机器不断告诉大家更多的知识。

压力式温度计

光测高温计

液晶温度计