選修2-溫度計(jì)的制作

溫度——溫度計(jì)的制作溫度計(jì)的發(fā)明者是誰(shuí)？

（意大利）伽利略伽利略（GalileoGalilei，1564.02.15-1642.01.08）。意大利數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家、天文學(xué)家，科學(xué)革命的先驅(qū)。伽利略發(fā)明了擺針和溫度計(jì)，在科學(xué)上為人類作出過(guò)巨大貢獻(xiàn)，是近代實(shí)驗(yàn)科學(xué)的奠基人之一。伽利略生活在16世紀(jì)中葉。他是第一個(gè)用望遠(yuǎn)鏡觀察天體的人，那架望遠(yuǎn)鏡還是他自己制造的。他首先發(fā)現(xiàn)月球的表面是凹凸不平的，發(fā)現(xiàn)環(huán)繞太陽(yáng)運(yùn)行的木星尚有四個(gè)衛(wèi)星在繞著它轉(zhuǎn)圈子，發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)的光球?qū)由嫌泻谏陌唿c(diǎn)，稱它為黑子。伽利略對(duì)于神秘的自然現(xiàn)象，從來(lái)不肯輕易放過(guò)。他發(fā)現(xiàn)了許多有名的物理定律，創(chuàng)造了不少科學(xué)儀器，溫度計(jì)只是其中的一種。伽利略于1564年2月15日出生在意大利的比薩城。他從小就表現(xiàn)出強(qiáng)烈的求知欲望。大自然中的一草一木，天空中的星星、太陽(yáng)，都能引起他極大的好奇。他在17歲那年，按照父親的意愿，考上了比薩大學(xué)醫(yī)科專業(yè)。伽利略在學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)的過(guò)程中，認(rèn)識(shí)到人的生病與體溫變化有很大的關(guān)系，也就是說(shuō)，通過(guò)了解人的體溫有助于確定其身體狀態(tài)?？稍诋?dāng)時(shí)，醫(yī)生只能用手觸摸病人，憑感覺(jué)來(lái)推測(cè)人體的大致溫度。這種方法顯然容易產(chǎn)生誤差，并不精確。伽利略想：能不能發(fā)明一種可以精確地測(cè)出病人體溫的儀器呢?于是，伽利略開始構(gòu)思這種新儀器的使用原理。他想了許多辦法，可一個(gè)個(gè)都被他自己否認(rèn)了。一天，他在沉思之中，看到一位小孩正在玩一種玩具。這種玩具據(jù)說(shuō)是古希臘人發(fā)明的。它的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單：在U形的玻璃管里裝一半水，將彎管的一端用鉛球密封，另一端用玻璃球密封，使管中的空氣跑不出來(lái)。玩的時(shí)候，在鉛球下加熱，U形管中的水就會(huì)向回退縮；移開鉛球下的火源，鉛球冷卻，水就會(huì)升到原來(lái)的位置。伽利略觀察著，產(chǎn)生了一個(gè)新的想法：“為什么不根據(jù)熱脹冷縮的現(xiàn)象來(lái)制作呢?”于是，伽利略便對(duì)熱脹冷縮現(xiàn)象進(jìn)行進(jìn)一步的研究，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了許多方案。然而，科學(xué)發(fā)明不可能一蹴而就，他的方案又一次次的失敗了。寒來(lái)暑往，10余年的時(shí)間過(guò)去了。1593年，伽利略發(fā)明了第一支空氣溫度計(jì)。這種氣體溫度計(jì)是用一根細(xì)長(zhǎng)的玻璃管制成的。它的一端制成空心圓球形；另一端開口，事先在管內(nèi)裝進(jìn)一些帶顏色的水，并將這一端倒插入盛有水的容器中。在玻璃管上等距離地標(biāo)上刻度。這樣，當(dāng)外界溫度升高時(shí)，玻璃球內(nèi)氣體膨脹，使玻璃管中水位降低；反之，溫度較低時(shí)，玻璃球內(nèi)氣體收縮，玻璃管中的水位就會(huì)上升。伽利略溫度計(jì)空氣溫度計(jì)的發(fā)明，推進(jìn)了體溫計(jì)的問(wèn)世。伽利略的一位朋友、帕多瓦大學(xué)醫(yī)學(xué)教授桑克托留斯，一直在關(guān)注著伽利略研制溫度計(jì)的進(jìn)展。當(dāng)他看到世界上第一支空氣溫度計(jì)后，按照自己的設(shè)想和診病需要，對(duì)氣體溫度計(jì)進(jìn)行了改進(jìn)，在1600年制成了世界上第一支體溫計(jì)。第一支空氣溫度計(jì)雖能測(cè)定溫度，但人們發(fā)現(xiàn)它的測(cè)定結(jié)果并不精確，因?yàn)闅怏w溫度計(jì)下端是與大氣相通的，玻璃管中的水位高度不僅受到空心球中空氣溫度的影響，而且還受到大氣壓強(qiáng)的影響。也就是說(shuō)，即使溫度不變，玻璃管內(nèi)的水的高度也會(huì)有所差異。此時(shí)，伽利略手頭的其他研究工作十分繁忙，他沒(méi)有精力對(duì)空氣溫度計(jì)進(jìn)行改進(jìn)。他的學(xué)生斐迪南在老師的指導(dǎo)下，決定用液體代替空氣溫度計(jì)中的空氣。1654年，斐迪南經(jīng)過(guò)對(duì)各種液體的試驗(yàn)之后，研制出了世界上第一支酒精溫度計(jì)。它是往玻璃球里注適量酒精，再加熱玻璃球，用酒精蒸氣趕跑玻璃管中的空氣，然后迅速把玻璃管口封死。這樣，它就可以避免大氣壓強(qiáng)的影響?？墒?，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使用，人們發(fā)現(xiàn)，酒精溫度計(jì)也存在不足之處，即當(dāng)用它測(cè)開水的溫度時(shí)，溫度計(jì)內(nèi)一片模糊。原來(lái)，水的沸點(diǎn)是100℃，酒精的沸點(diǎn)是78℃，因此將酒精溫度計(jì)置于開水之中時(shí)，酒精早已變成氣體了。顯然，只有用高沸點(diǎn)的液體代替酒精，才能解決這一問(wèn)題。1659年，法國(guó)天文學(xué)家布里奧，利用水銀沸點(diǎn)較高的特性，首度制成水銀溫度計(jì)。這種溫度計(jì)可測(cè)得357℃的高溫，也可測(cè)得-39℃的低溫。后來(lái)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(cè)量物質(zhì)，制造了更精確的溫度計(jì)。他觀察了水的沸騰溫度、水和冰混合時(shí)的溫度、鹽水和冰混合時(shí)的溫度；經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)與核準(zhǔn)，最后把一定濃度的鹽水凝固時(shí)的溫度定為0℉，把純水凝固時(shí)的溫度定為32℉，把標(biāo)準(zhǔn)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(jì)。在華氏溫度計(jì)出現(xiàn)的同時(shí)，法國(guó)人列繆爾也設(shè)計(jì)制造了一種溫度計(jì)。他認(rèn)為水銀的膨脹系數(shù)太小，不宜做測(cè)溫物質(zhì)。他專心研究用酒精作為測(cè)溫物質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)。他反復(fù)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，含有1/5水的酒精，在水的結(jié)冰溫度和沸騰溫度之間，其體積的膨脹是從1000個(gè)體積單位增大到1080個(gè)體積單位。因此他把冰點(diǎn)和沸點(diǎn)之間分成80份，定為自己溫度計(jì)的溫度分度，這就是列氏溫度計(jì)。華氏溫度計(jì)制成后又經(jīng)過(guò)30多年，瑞典人攝爾修斯于1742年改進(jìn)了華倫海特溫度計(jì)的刻度，他把水的沸點(diǎn)定為0度，把水的冰點(diǎn)定為100度。后來(lái)他的同事施勒默爾把兩個(gè)溫度點(diǎn)的數(shù)值又倒過(guò)來(lái)（即沸點(diǎn)100度，冰點(diǎn)0度），就成了的百分溫度，即攝氏溫度，用℃表示。攝爾修斯安德斯·攝爾修斯（AndersCelsius，1701～1744）瑞典物理學(xué)家、天文學(xué)家，瑞典科學(xué)院院士。1701年11月27日生于烏普薩拉。他曾在烏普薩拉大學(xué)學(xué)習(xí)，受父親影響，從事天文學(xué)、數(shù)學(xué)、地球物理和實(shí)驗(yàn)物理學(xué)研究。年僅26歲便擔(dān)任了烏普薩拉科學(xué)協(xié)會(huì)會(huì)長(zhǎng)，并在大學(xué)任教。1730～1744年任烏普薩拉大學(xué)教授，1740年兼任烏普薩拉天文臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)。英、美國(guó)家多用華氏溫度，德國(guó)多用列氏溫度，而世界科技界和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，以及中國(guó)、法國(guó)等大多數(shù)國(guó)家則多用攝氏溫度。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的需要，測(cè)溫技術(shù)也不斷地改進(jìn)和提高。由于測(cè)溫范圍越來(lái)越廣，根據(jù)不同的要求，又制造出不同需要的測(cè)溫儀器。下面介紹幾種。轉(zhuǎn)動(dòng)式溫度計(jì)轉(zhuǎn)動(dòng)式溫度計(jì)是由一個(gè)卷曲的雙金屬片制成。雙金屬片一端固定，另一端連接著指針。兩金屬片因膨脹程度不同，在不同溫度下，造成雙金屬片卷曲程度不同，指針則隨之指在刻度盤上的不同位置，從刻度盤上的讀數(shù)，便可知其溫度。

半導(dǎo)體溫度計(jì)半導(dǎo)體的電阻變化和金屬不同，溫度升高時(shí)，其電阻反而減少，并且變化幅度較大。因此少量的溫度變化也可使電阻產(chǎn)生明顯的變化，所制成的溫度計(jì)有較高的精密度，常被稱為感溫器。熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)是由兩條不同金屬連接著一個(gè)靈敏的電壓計(jì)所組成。金屬接點(diǎn)在不同的溫度下，會(huì)在金屬的兩端產(chǎn)生不同的電位差。電位差非常微小，故需靈敏的電壓計(jì)才能測(cè)得。由電壓計(jì)的讀數(shù)，便可知道溫度為何。光測(cè)高溫計(jì)物體溫度若高到會(huì)發(fā)出大量的可見光時(shí)，便可利用測(cè)量其熱輻射的多寡以決定其溫度，此種溫度計(jì)即為光測(cè)溫度計(jì)。此溫度計(jì)主要是由裝有紅色濾光鏡的望遠(yuǎn)鏡及一組帶有小燈泡、電流計(jì)與可變電阻的電路制成。使用前，先建立燈絲不同亮度所對(duì)應(yīng)溫度與電流計(jì)上的讀數(shù)的關(guān)系。使用時(shí)，將望遠(yuǎn)鏡對(duì)正待測(cè)物，調(diào)整電阻，使燈泡的亮度與待測(cè)物相同，這時(shí)從電流計(jì)便可讀出待測(cè)物的溫度了。

液晶溫度計(jì)用不同配方制成