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2007-8-30

伽利略温度计与测温先驱

归档于: 基础科学, 数理科学 @ 12:12 pm

最近买到了这样一个玩意:一个密封的长玻璃管中盛有液体,内里悬浮着数个装着彩色溶液的玻璃球,每个小球下悬挂着一个标有温度值的铭牌。买它的原因纯粹是因为好玩。当然,类似的东西我在很久以前就见过了,伽利略温度计这个名词也是很久以前就听说过了,只是当实物到手之后,才把二者联系到了一起。

自己的MP4拍片效果实在烂,又找不到和实物一模一样的照片,就找一张差不多的图贴上来好了,只是比我的温度计少两个玻璃球而已。

之所以叫伽利略温度计,是因为这东西的工作原理是伽利略发现的。说穿了,原理再简单不过:物质的密度会随着温度变化。随着温度的变化,管中的液体密度也会改变,一般情况下是温度越高密度越小。玻璃管内各小球大小相同,而盛放的液体(一般为有机物)密度从上到下依次增加,最上方的小球是平均密度最小的。由于小球均是密封的且球壁为玻璃,与液体相比,其平均密度随温度的变化就可以近似忽略了。依据浮力原理,如果物体密度小于液体密度,物体会上浮,反之下沉。这样浮起的小球数目越少,环境温度就越高。悬浮的小球也就是温度的表征了。

当然,如果较真,原理的发现者应该是亚历山大的希罗以及拜占庭的Philo,正是他们发现了空气的热胀冷缩现象。不过真正将其运用到热量计量的还是伽利略。

伽利略据信在当年发明的装置只能算是测温器(Thermoscope)而不是温度计(Thermometer),因为它并没有温度标度。现代的伽利略温度计各小球一般都经过了定标,不过个人看来其摆设装饰的作用远胜于温度测量。

至于温度计的读数方法,倘或有悬浮的小球,温度就是该球下方的铭牌值。倘或没有,温度近似值是浮起的小球中最下方的一个与下沉的小球中最上方的一个的铭牌值平均数。

本文写成前后的室温值,(28+26)/2 = 27摄氏度。

不过伽利略作为测温设备发明者的地位还是颇有争议的,主要原因是并无可靠的文献或实物留存。意大利帕多瓦的医生Santorio Santorii倒是在1612年发表的著作中首次谈到了温度计的应用。

英国人Robert Fludd则最早为测温器设定了标度。他的温度计是一端插在水中一端封有气泡的玻璃管,空气因气温变化而改变体积,因此根据气泡的大小就可以推算出温度。

Fludd绘制的温度计原理图。(图片来源:History of Temperature and Thermometry

16世纪末17世纪初的Drebbel做出的温度计是J型管,有两个气泡。他的初衷是制造永动机而非温度计,如今被尊为测温先驱之一,也算是无心插柳柳成荫吧。

除伽利略温度计外,其他的早期温度计都属于空气温度计,缺点是受气压干扰极大。1654年前后,托斯卡纳公爵费迪南II世制成了酒精温度计,这是现代温度计的前身。接下来的事情就只关乎定标了。

温度定标的功臣一是德国物理学家华伦海特,二是瑞典天文学家摄尔修斯,虽然之前英国和荷兰人都提出过各自的定标方法。这二位分别在1724年和1742年提出了以各自姓氏命名的温标并沿用至今。当然,直到开尔文提出热力学温标后,温度的真正含义才为人所知。

本人的这支伽利略温度计测量精度只有2摄氏度,测量范围只是16到32摄氏度,与手边的酒精温度计比较,测量值不能算准,约莫有2、3摄氏度的差别。玻璃管内一共有9个玻璃球,色彩各个不同,看上去很养眼倒是不假,要不本人也就不会去买这个东西了,哈哈~~~~

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