温度计的前世与今生

王聪聪

人类很久以前就开始探寻测量温度的方法，虽然那时候还没有“温度”这个词的概念，但是会用身体的感觉来定义冷热变化。

温度计经历四百多年的发展，早已经不再局限于环境温度测量和体温测量，已发展为一个分门别类的科学——温度计量学，为生产、生活提供精确的温度数据。今天，我们就和大家一起来了解一下温度计的发展历史。

中国古代是如何感知温度变化的

1.观察自然现象知寒暖

先秦时期，人们在瓶子中装上水，如果水结冰了，则气温低于零下，进入寒冬；如果冰融化，则气温回升。这种瓶子被称为“冰瓶”，可以说是中国最原始的一种温度计。这是古人利用水在不同温度下的形态变化来推测环境冷热变化的方法。

2.以人的体温为标准测温

古人以正常人的体温作为标准，用来判断对周围事物的冷暖感受，并将其应用到中医、食品、农业、手工业等方面。元代农学家王祯在论及养蚕的最佳室温时指出，养蚕人“需著单衣，以为体测：自觉身寒，则蚕必寒，使添熟火；自觉身热，蚕亦必热，约量去火”。

3.观察发热物体的火焰颜色

在金属冶炼或烧制陶瓷的过程中，历代工匠都以火焰的颜色来判断炉体内温度的高低。所以，火候实际上是古人创造的一种惊艳的高温目测技术。战国时的著作《考工记》最早记述了冶铸青铜的火焰颜色：“凡鑄金之状，金与锡，黑浊之气竭，黄白次之；黄白之气竭，青白次之；青白之气竭，青气次之，然后可铸也。”

世界第一支温度计的出现

在温度计发明之前，了解病人热度的工具只有手。那时医学已经知道病人的病情和他身体的冷热相关，可如果碰巧那天医生也有轻微发热，或是刚刚摸了比较凉的物体，就会出现不精准的结果。

1593年，伽利略读到一本亚历山大时期的书，书中讨论了如何利用空气的热胀冷缩现象打开神殿之门。伽利略受此启发，最早将空气的热胀冷缩现象应用到温度计的发明中。

当被测温度的物质（空气）与玻璃泡接触时，玻璃管内上方的空气就会因为热胀冷缩而发生体积变化，使有色液柱相应地下降或上升；玻璃管上标明一些可作为标准的“热度”，即现在所说的温度。这就是世界上第一支标有刻度的温度计——气体温度计。但是，它存在一个问题：气体体积不仅受温度的影响，还受到大气压的影响，气压和温度会同时影响有色液柱的升降，因此测量结果并不准确，误差较大。

小贴士

在伽利略发明第一支气温计时，人们还不知道气压的存在。直到1643年，伽利略的助手托里拆利利用实验证明了大气压的存在，即760毫米汞柱，人们才逐渐认识到气温计为什么测量不准确。

第一支液体温度计横空出世

1650年，意大利的费迪南考虑了大气压对温度计的影响，尝试将气体换成液体。他首先是用常见的水来做液体温度计，但是存在两个问题：一是水的熔沸点决定了以水做的液体温度计的测量范围较小（0～100℃）；二是水有一个特殊性质，即在4℃时密度最大，体积最小，也就意味着水在0～4℃时是热缩冷胀的“反膨胀”现象，因此在4℃以下测量就不准了，还会将玻璃外壳撑爆。

费迪南尝试了各种各样他能尝试的液体，最后选择了简单易得的酒精。因为酒精的凝固点为-117℃，要比水低得多，且热胀冷缩现象很明显。但是，酒精温度计也存在问题：虽然能在低温下使用，但是不能测量超过它的沸点78℃的高温。

第一支水银温度计诞生

1659年，法国天文学家布里奥制作了第一支水银温度计。

水银的沸点为357℃，凝固点为-39℃，因此测量的范围更大，能测量较高的温度，但下限较高，不适合在较冷地区使用。此外，水银有挥发性，室温越高，挥发越快。水银也有毒性，存在一定的安全隐患。如果不小心打碎了水银温度计，首先应开窗通风，通风时间要长达24小时以上，再使用硬纸板将散落的水银，收集在一起，统一放在封口的瓶子里。有难以收集起来的水银，可以撒些硫黄粉。硫黄会和水银发生反应，生成稳定的不易挥发性物质，使毒性降低。

现代测温技术

随着科技的发展，各种各样的温度计层出不穷。现代测温仪器的原理已不再依靠热胀冷缩现象，而是由温度变化引起其他量（如电阻等）的变化，再通过数据处理，呈现温度值的变化。

比如热电偶温度计，用于测量各种温度物体，测量范围极大，远远大于水银温度计。它适用于炼钢炉、炼焦炉等高温区，也可测量液态氢、液态氮等低温物体。红外热成像测温仪通过颜色来显示被测物体的温度高低，能够在毫秒之间完成体温筛查，检测距离可达到10米，并自动记录温度异常信息，及时发出警报，甚至自动抓取发热人群。

动手小实验

自制简易温度计

了解了温度计的发明、发展历史，同学们想不想利用日常生活中的材料自制一款简易温度计呢？赶紧跟着下面的步骤动手做做看吧！

1.准备一个空的口服液玻璃瓶，用注射器向瓶内加入稀释的红墨水，并从瓶塞插入一根细且长的塑料吸管——简易温度计就制作完成了。

2.准备两个透明玻璃杯（塑料杯也可），一个盛放热水，一个盛放冷水。

3.将做好的简易温度计放入热水中，观察吸管内液面的升降情况。

4.再将简易温度计从热水中取出，放入冷水，观察吸管内液面的升降情况。

该简易温度计只能大致反映物体的温度高低情况，并不能精确测量温度值。当然，同学们也可以在上面简单地刻上温标。