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伽利略温度计温度计

2018/06/19165 作者:佚名
导读: 为测体温搞发明 温度计的发明者意大利科学家伽利略于1564年2月15日出生在意大利的比萨城。他从小就表现出强烈的求知欲望。大自然中的一草一木,天空中的星星、太阳,都能引起他极大的好奇。他在17岁那年,按照父亲的意愿,考上了比萨大学医科专业。伽利略在学习医学的过程中,认识到人的生病与体温变化有很大的关系,也就是说,通过了解人的体温有助于确定其身体状态。可在当时,医生只能用手触摸病人,

为测体温搞发明

温度计的发明者意大利科学家伽利略于1564年2月15日出生在意大利的比萨城。他从小就表现出强烈的求知欲望。大自然中的一草一木,天空中的星星、太阳,都能引起他极大的好奇。他在17岁那年,按照父亲的意愿,考上了比萨大学医科专业。

伽利略在学习医学的过程中,认识到人的生病与体温变化有很大的关系,也就是说,通过了解人的体温有助于确定其身体状态。可在当时,医生只能用手触摸病人,凭感觉来推测人体的大致温度。这种方法显然容易产生误差,并不精确。

伽利略想:能不能发明一种可以精确地测出病人体温的仪器呢?

于是,伽利略开始构思这种新仪器的使用原理。他想了许多办法,可一个个都被他自己否认了。

热胀冷缩测温度

一天,他在沉思之中,看到一位小孩正在玩一种玩具。这种玩具据说是古希腊人发明的。它的结构很简单:在U形的玻璃管里装一半水,将弯管的一端用铅球密封,另一端用玻璃球密封,使管中的空气跑不出来。玩的时候,在铅球下加热,U形管中的水就会向回退缩;移开铅球下的火源,铅球冷却,水就会升到原来的位置。伽利略温度计图片伽利略观察着,产生了一个新的想法:"为什么不根据热胀冷缩的现象来制作呢?"

于是,伽利略便对热胀冷缩现象进行进一步的研究,并在此基础上设计了许多方案。然而,科学发明不可能一蹴而就,他的方案又一次次的失败了。

寒来暑往,10余年的时间过去了。1593年,伽利略发明了第一支空气温度计。这种气体温度计是用一根细长的玻璃管制成的。它的一端制成空心圆球形;另一端开口,事先在管内装进一些带颜色的水,并将这一端倒插入盛有水的容器中。在玻璃管上等距离地标上刻度。这样,当外界温度升高时,玻璃球内气体膨胀,使玻璃管中水位降低;反之,温度较低时,玻璃球内气体收缩,玻璃管中的水位就会上升。

空气温度计的发明,导致了体温计的问世。

伽利略的一位朋友、帕多瓦大学医学教授桑克托留斯,一直在关注着伽利略研制温度计的进展。当他看到世界上第一支空气温度计后,按照自己的设想和诊病需要,对气体温度计进行了改进,在1600年制成了世界上第一支体温计。

各路材料助改进

第一支空气温度计虽能测定温度,但人们发现它的测定结果并不精确,因为气体温度计下端是与大气相通的,玻璃管中的水位高度不仅受到空心球中空气温度的影响,而且还受到大气压强的影响。也就是说,即使温度不变,玻璃管内的水的高度也会有所差异。

此时,伽利略手头的其他研究工作十分繁忙,他没有精力对空气温度计进行改进。他的学生斐迪南在老师的指导下,决定用液体代替空气温度计中的空气。

1654年,斐迪南经过对各种液体的试验之后,研制出了世界上第一支酒精温度计。它是往玻璃球里注适量酒精,再加热玻璃球,用酒精蒸气赶跑玻璃管中的空气,然后迅速把玻璃管口封死。这样,它就可以避免大气压强的影响。

可是,经过一段时间的使用,人们发现,酒精温度计也存在不足之处,即当用它测开水的温度时,温度计内一片模糊。原来,水的沸点是100℃,酒精的沸点是78℃,因此将酒精温度计置于开水之中时,酒精早已变成气体了。显然,只有用高沸点的液体代替酒精,才能解决这一问题。1659年,法国天文学家布里奥,利用水银沸点较高的特性,首度制成水银温度计。这种温度计可测得357℃的高温,也可测得-39℃的低温。

后来荷兰人华伦海特在1709年利用酒精,在1714年又利用水银作为测量物质,制造了更精确的温度计。他观察了水的沸腾温度、水和冰混合时的温度、盐水和冰混合时的温度;经过反复实验与核准,最后把一定浓度的盐水凝固时的温度定为0℉,把纯水凝固时的温度定为32℉,把标准大气压下水沸腾的温度定为212℉,用℉代表华氏温度,这就是华氏温度计。

在华氏温度计出现的同时,法国人列缪尔(1683~1757)也设计制造了一种温度计。他认为水银的膨胀系数太小,不宜做测温物质。他专心研究用酒精作为测温物质的优点。他反复实践发现,含有1/5水的酒精,在水的结冰温度和沸腾温度之间,其体积的膨胀是从1000个体积单位增大到1080个体积单位。因此他把冰点和沸点之间分成80份,定为自己温度计的温度分度,这就是列氏温度计。

1632年,法国物理学家雷伊(J.Ray)第一个改进了伽利略的温度计。他将伽利略的装置倒转过来,将水注入玻璃泡内,而将空气留在玻璃管中,仍然用玻璃管内水柱的高低来表示温度的高低。由于这项改进使水成了测温物质,实际上这成了第一只液体温度计。它的缺点在于,向上的管口没有封闭,由于水会不断蒸发,会影响到测量的准确性。科学家就在玻璃泡和玻璃管的相对大小上进行研究,以减少这种蒸发,使液体能在一年的过程中在整个玻璃管的长度内升降。尽管从今天的角度看来这种努力的方向不大对头,但从温度计发展完善的全过程来看,这种努力是有价值的,也是必然会出现的。没有当初在各个方面想方设法的改进,就不会有今天的完善。

1657年,佛罗伦萨西曼托(Cimento)科学院的成员们提出了密封管子的思想,并建议用酒精取代水作为测温物质,从而使最早的温度计进入了较为实用的阶段。

到了18世纪,法国的勒奥默有鉴于水银的膨胀系数小,曾强烈反对使用水银作测温物质。他致力于制造一个既方便又能达到精度要求的酒精温度计。但由于他的温度计结果不好,并且不同的温度计也不一致,日内瓦的德吕斯(1727-1817)又恢复使用水银,并以一个物理学家的身份热情地呼喊:"自然界给我们这个矿物肯定是为了做温度计"。

1747年,荷兰的穆欣布洛克还发明一种特殊温度计,它是利用金属细杆的膨胀和收缩原理制成的。35年后韦奇伍德发明的高温计利用的正是这一原理。

1815年,杜隆和珀替还比较了水银温度计和空气温度计。他曾假定各个水银温度计彼此都是一致的,但勒尼奥证明,事情并非如此。勒尼奥还证明,在0℃和100℃之间,空气温度计和普通软玻璃水银温度计非常接近,但空气温度计的中间刻度落后于水银温度计约0.2℃左右。在250℃时,水银温度计的读数比空气温度计高半度以上;在300℃时两种温度计的差别已达1℃;350℃时差别达30℃。奥尔舍夫斯基还比较了氢温度计和水银温度计,发现在低温情况下,氢温度计还是十分可靠的,当-220℃时,它们的误差不大于1℃。

随着科学技术的发展,人们对测温仪器的要求越来越高。到了19世纪末20世纪初,许多科学家运用各种物理原理,发明了多种形式的新型温度计,如电阻式温度计、辐射式高温计、光测高温计、氢温度计等。

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