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空氣温度計
鎖定
空氣温度計是伽利略根據氣體的熱脹冷縮現象發明的儀器。又稱“伽利略温度計”指基於物質熱脹冷縮原理研製的用於測量温度的工具,其經過數次改進成為我們今天常用的測温裝置。
- 中文名
- 空氣温度計
- 外文名
- air thermometer
- 發明者
- 伽利略
- 原 理
- 熱脹冷縮
- 原材料
- 細玻璃管
空氣温度計起源
早在公元前250年,比扎提烏姆的斐羅就曾描述過加熱使空氣膨脹的各種實驗。到公元100年,亞里山大里亞的黑倫再一次描述過同樣的實驗。這些説明人類很早就認識到空氣具有熱脹冷縮的性質,這也就是最早的温度計所應用的原理。
對於最早的温度計究竟是誰發明的曾經有過爭論,有的人把它歸功於荷蘭的著名機械師德里貝爾;也有人把這項優先權歸功於帕杜亞的解剖學家桑託留斯;還有人把它歸功於克拉科夫的神父保羅、倫敦的醫生弗拉德及德國的蓋裏克。但現代的歷史研究一致同意把温度計的發明歸功於伽利略。1593年(伽利略的學生維維安尼給出的發明年代),伽利略用一個45釐米長、麥稈粗細的玻璃管,一端吹成雞蛋大小的玻璃泡,一端仍然開口。伽利略先使玻璃泡受熱,然後把開口端插入水中,使水沿細管向上上升一定的高度。因為泡內的空氣會隨温度的變化發生熱脹冷縮,水管內的水也會隨之發生升降,這樣就可以用水管內水位的高低表示玻璃泡內空氣的冷熱程度。這就是第一隻温度計。伽利略的另一個學生卡斯特里親眼看到伽利略在1603年進行實驗講演時使用了這種温度計。當然這種温度計是不準確的,因為泡內空氣會受大氣壓及温度起伏的影響,它實際上是一個温度氣壓計。同時伽利略在管子上的刻度也是任意刻畫的。
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空氣温度計改進過程
1632年,法國物理學家雷伊第一個改進了伽利略的空氣温度計。他將伽利略的裝置倒轉過來,將水注入玻璃泡內,而將空氣留在玻璃管中,仍然用玻璃管內水柱的高低來表示温度的高低。由於這項改進使水成了測温物質,實際上這成了第一隻液體温度計。它的缺點在於,向上的管口沒有封閉,水會不斷蒸發,從而影響到測量的準確性。科學家就在玻璃泡和玻璃管的相對大小上進行研究,以減少這種蒸發,使液體能在一年的過程中在整個玻璃管的長度內升降。儘管從今天的角度看來這種努力的方向不大對頭,但從温度計發展完善的全過程來看,這種努力是有價值的,也是必然會出現的。沒有當初在各個方面想方設法的改進,就不會有今天的完善。
1657年,佛羅倫薩西曼託科學院的成員們提出了密封管子的思想,並建議用酒精取代水作為測温物質,從而使最早的温度計進人了較為實用的階段。
到了18世紀,法國的勒奧默有鑑於水銀的膨脹係數小,曾強烈反對使用水銀作測温物質。他致力於製造一個既方便又能達到精度要求的酒精温度計。但由於他的温度計結果不好,並且不同的温度計也不一致,日內瓦的德呂斯(1727—1817)又恢復使用水銀,並以一個物理學家的身份熱情地呼喊:“自然界給我們這個礦物肯定是為了做温度計”。
1815年,杜隆和珀替還比較了水銀温度計和空氣温度計。他曾假定各個水銀温度計彼此都是一致的,但勒尼奧證明,事情並非如此。勒尼奧還證明,在0℃和100℃之間,空氣温度計和普通軟玻璃水銀温度計非常接近,但空氣温度計的中間刻度落後於水銀温度計約0.2℃左右。在250℃時,水銀温度計的讀數比空氣温度計高半度以上;在300℃時兩種温度計的差別已達1℃;350℃時差別達30℃。奧爾舍夫斯基還比較了氫温度計和水銀温度計,發現在低温情況下,氫温度計還是十分可靠的,當-220℃時,它們的誤差不大於1℃。
空氣温度計現代温度計
温度計轉動式温度計
轉動式温度計是由一個捲曲的雙金屬片製成。雙金屬片一端固定,另一端連接着指針。兩金屬片因膨脹程度不同,在不同温度下,造成雙金屬片捲曲程度不同,指針則隨之指在刻度盤上的不同位置,從刻度盤上的讀數,便可知其温度。
温度計半導體温度計
半導體的電阻變化和金屬不同,温度升高時,其電阻反而減少,並且變化幅度較大。因此少量的温度變化也可使電阻產生明顯的變化,所製成的温度計有較高的精密度,常被稱為感温器。
温度計熱電偶温度計
熱電偶温度計是由兩條不同金屬連接着一個靈敏的電壓計所組成。金屬接點在不同的温度下,會在金屬的兩端產生不同的電位差。電位差非常微小,故需靈敏的電壓計才能測得。由電壓計的讀數,便可知道温度為何。
温度計光測高温計
物體温度若高到會發出大量的可見光時,便可利用測量其熱輻射的多寡以決定其温度,此種温度計即為光測温度計。此温度計主要是由裝有紅色濾光鏡的望遠鏡及一組帶有小燈泡、電流計與可變電阻的電路製成。使用前,先建立燈絲不同亮度所對應温度與電流計上的讀數的關係。使用時,將望遠鏡對正待測物,調整電阻,使燈泡的亮度與待測物相同,這時從電流計便可讀出待測物的温度了。
温度計液晶温度計
用不同配方製成的液晶,其相變温度不同,當其相變時,其光學性質也會改變,使液晶看起來變了色。如果將不同相變温度的液晶塗在一張紙上,則由液晶顏色的變化,便可知道温度為何。此温度計之優點是讀數容易,而缺點則是精確度不足,常用於觀賞用魚缸中,以指示水温。
温度計數字温度計
數字體温計是利用温度傳感器將(温度)轉換成數字信號,然後通過顯示器(如液晶、數碼管、LED矩陣等)顯示以數字形式的温度,能快速準確地測量人體温度的最高值,與傳統的水銀體温計相比,具有讀數字方便,測量時間短,測量精度高,能記憶並有提示音等優點,尤其是數字體温計不含水銀,對人體及周圍環境無害特別適合於醫院,家庭使用。
温度計水銀温度計
灑落出來的汞必須立即用滴管、毛刷收集起來數字體温計顯示屏信息説明 ,並用水覆蓋(最好用甘油),然後在污染處撒上硫磺粉,無液體後(一般約一週時間)方可清掃。
- 參考資料
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- 1. 鄒博.百科知識全書 外國卷 4 文化百科:線裝書局,2011:52-52
- 2. 付雲翎,陳德華. 空氣温度計的改進[J]. 大學物理,1990,05:33-14. .中國知網[引用日期2016-12-18]
- 3. 王明德,王耿,吳勇.物理化學實驗:交通大學出版社,2013:103-104