易書科技 2019-03-22

18世紀是熱學的真正開端，首先是計溫學在這一時期迅速地發展起來。儘管伽利略、蓋利克、讓·萊伊以及西門圖學院的院士們已在17世紀發明了第一批驗溫器並不斷做了改進，但它們仍不便於得出定量測定的結果，不同驗溫器中的不同測溫質、不同固定點以及刻度的隨意性等，使這些驗溫器只適於對該處溫度漲落作相對的估計。

出生於巴黎的阿蒙頓，先後獨立研究過天體力學、物理學、數學、建築學。他早年失聰，這給他的生活帶來諸多不便，也使他無法確定職業。但阿蒙頓並沒有為這個不幸而感到痛苦萬分和悲觀失望，他認為能不能聽到聲音都無法阻擋他從事心愛的研究工作，他甚至樂觀地從這不幸中看到了有幸的成分，因為可以不受外界干擾，而專心致志地從事實驗研究。

1703年，阿蒙頓提出了氣體測溫計的一個有趣的結構，這是一個外形呈U形的固定體積的溫度計，主要利用空氣的壓強來測量溫度。

阿蒙頓在U形玻璃管的較短的一臂上連線一個空心玻璃球，較長的一臂長114釐米（45英寸），將水銀注入U形管中並進入玻璃球的下部。測溫時使水銀始終保持球內空氣的體積不變，而用兩邊水銀面的高度差——球內定容氣體的壓強與大氣壓強之差來量度溫度。

阿蒙頓將玻璃球先放入冰中，然後再放入沸水中，記下了這兩種情形下的水銀面的差值（以英寸為單位），並假定玻璃球內空氣的壓強正比於溫度而變化，從而使他能夠依據長臂中水銀面的位置來確定任意溫度。

但是，由於阿蒙頓只選擇了水的沸點作為一個固定點而並不瞭解水的沸點受大氣壓的影響，所以他的溫度計並不十分準確；加之這種溫度計的結構，用於實際目的也不方便，所以還不是實用的溫度計。

在計溫學的發展史上，第一隻實用的溫度計是由德國遷居荷蘭的玻璃工匠華倫海特於1709年開始製造的。華倫海特遷居荷蘭後，學習和掌握了製作玻璃器皿的技術，成為一個氣象儀器製造商。1708年，他到丹麥首都哥本哈根旅行，看到了羅默製作的溫度計。回到荷蘭後，他就開始製作羅默溫度計。在瞭解到阿蒙頓利用水銀製造的溫度計後，華倫海特也改用水銀代替酒精，並開始研究溫度計的精密結構。

華倫海特製造實用的溫度計深受阿蒙頓工作的影響，這從他提交給《哲學學報》的一篇論文中充分地反映出來。華倫海特寫道：“我從巴黎皇家學會出版的《科學史》獲悉，著名的阿蒙頓曾用自己發明的溫度計發現水能在某一固定溫度下沸騰的原理。我心中立即產生了一種願望，很想自己做一個類似的溫度計，能親眼看到那瑰麗的自然現象並證實他的實驗的正確性。”

然而製造出實用的溫度計雖不是一件易事，卻是一件十分迫切需要的事。當時，荷蘭的阿姆斯特丹市出現了少有的嚴寒，幾乎每條街面上都是皚皚白雪。

華倫海特家來了兩位老人，一進屋就發生了爭論。一位說：“即使年歲再大的老人也不記得有過這樣的嚴寒了。”另一位則不服氣地說：“可是到底誰知道今年是不是最冷呢？很可能，幾百年前的冬天要比我們今年的冬天還要冷呢？要是我們不在人世的話，不知道今後是什麼情況呢？”此時，年僅23歲的華倫海特也加入到爭論中來。他目光炯炯，頗動感情地說：“我找到了一個辦法，有了這個辦法，在許多年之後，我們的子孫們可以說出到底哪個冬天最冷了。”

兩位老人都笑了起來，異口同聲地問：“你有什麼好辦法呢？”華倫海特很有禮貌地站起身，用手向外一指，說：“請原諒，到我的小工廠去參觀一下吧！”兩位老人隨華倫海特向一所房子走去。他們所見到的東西使他們大為吃驚。一個很大的熔鐵爐佔去了大半個房間，爐旁是成堆的大大小小的管子、一個小熔爐以及許多五花八門的玻璃儀器。

華倫海特把老人領到桌前，桌上擺著一些器皿，器皿上安裝著一些細高細高的、底部封閉的玻璃管。管子裡有的裝著帶色的酒精，有的則裝著水銀。“請看！”華倫海特用手摸著一個小管子說，“我在這根玻璃管裡充滿了酒精。”他用手指著另一個小管子說，“在這根管子裡注入了水銀。”華倫海特繼續說，“請注意，在這兩個管子上都有刻度。當我把這兩個管子浸到熱水裡時，酒精或水銀都會升高。而我標定 0點的地方是我把管子浸在冰、水、氯化銨的混合液體裡時，酒精和水銀停止的地方，這是我所能得到的最低溫度。因此，我認為即使是最寒冷的冬天，溫度也可用這些溫度計表示出來。”

“不可思議！”其中一位老人聳了聳肩，“怎麼能拿玻璃皿裡的冷與上天安排來折磨整個世界的嚴冬相比較呢？”

“可以比較，可以！”華倫海特一點兒也不讓步，“溫度計中的酒精或水銀是活動的，將溫度計放在室外可以顯示溫度的變化。酒精或水銀柱的高度在冬天比夏天要低，沒有一個冬天能使酒精或水銀下降到像在這個混合液裡一樣低。”……

華倫海特送走了兩位老人，繼續進行溫度計的研究。1724年，他在皇家學會的刊物《哲學學報》上發表了製造溫度計的方法，即發表了關於實用溫度計的第一篇論文。他那時所設計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血液的溫度，並把它們之間的間隔分為96度。在華倫海特後來發表的論文中，他又採取了不同的刻度法，其中最後一個刻度法後來以他的名字命名。這個刻度法規定了三個固定點：冰、水和氯化銨的混合溫度；冰、水混合溫度；水的沸點。

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。而法國博物學家列奧米爾為了消除刻度不一致的困難，致力於製造一個既方便又能達到精確要求的溫度計。他只取一個定點，即雪的熔點為0°，而把酒精體積改變1/100的溫度變化作為1°，這樣水的沸點就為80°。

但是，列奧米爾溫度計的實用效果並不很好，各種各樣難以置信的讀數都被顯示出來。1742年，瑞典天文學家攝耳修斯在《對一個寒暑表上兩個固定點的觀察》一文中引入了百分刻度法。他用水銀作測溫質，研究了雪的融化點和水的沸點與大氣壓力的關係。在進行這個試驗時，他將溫標上這兩個點之間分成一百個格並把水的沸點定為0°，冰的熔點定為100°。後來他接受同事斯特雷姆的建議，也可能受到植物學家林耐的提醒，把這兩個定點的標度值對調過來。

以上各種溫度計中，攝氏溫度計較實用、方便。1948年第9屆國際計量大會，把百分刻度法定名為攝氏溫標。它有兩個定點：純水在標準大氣壓下的沸點，冰在標準大氣壓下與由空氣飽和的水相平衡時的熔點。1960年第11屆國際計量大會決定，把水的三相點溫度作為熱力學溫標的單一定點，並定為273。16K。

北師大音像電子出版社 2020-12-28

實驗04 用常見溫度計測量溫度