「戰疫」防控期間,被廣泛運用在高速路口、機場、火車站、小區、超市門口等公共進出場所的重要物資,除了口罩,那就是體溫計了。現在的體溫計分為玻璃(水銀)體溫計、電子式體溫計、多功能紅外體溫計、片式體溫計、「藥片式」內服體溫計等,運用較多比較方便的是電子式體溫計、多功能紅外體溫計。那麼,我們來回顧一下,體溫計以及溫度計的發明歷程,尤其是那需要精確到小數點後一位的刻度又是怎麼規定的。
>>>伽利略
溫度計的靈感來自學生
溫度計的發明是西方近代科學革命的產物,發明者大名鼎鼎,學過物理的人都認識,就是伽利略。
伽利略·伽利雷(1564年～1642年),義大利天文學家,物理學家和工程師,被稱為「觀測天文學之父」、「現代物理學之父」、「科學方法之父」、「現代科學之父 」。
伽利略發明溫度計的靈感來自於自己的學生。在一次課堂上,他問學生:「把不同溫度的水,裝進瓶中,會有什麼現象發生呢?」同學們各抒已見,其中有一位同學不經意地說:「是不是像氣球可以增大也可以縮小?」學生的回答啟發了伽利略,這位愛動腦筋的物理學家立刻在想,從水的體積變化,不也就能測出水的溫度變化了嗎?
很快,他發明了世界上第一支溫度計,還是個氣體溫度計。
溫度計很簡單,就是一根細長的玻璃管,一端開口,另一端是一雞蛋大小的玻璃泡。使用時,先用手把玻璃泡捂熱,然後讓玻璃泡一端在上,把玻璃管豎直插入到水中,這便形成了一個簡單的氣體溫度計。當外界空氣上升或下降時,玻璃管中水柱就會下降或上升。如果在玻璃管上標識上刻度,便可以指示溫度。不過由於這種溫度計會到受到氣泡內空氣溫度以及外界氣壓的影響,所以誤差比較大。
只要有了巨人,那麼就會有站在巨人肩膀上的更多有心人,伽利略的朋友、義大利帕多瓦大學的醫學教授桑克託留斯便是一位。
他在1612年發明了一種蛇形的氣體溫度計,上端的玻璃泡可以放入病人口中,從下方水柱查看病人體溫的變化。這是世界上最早的體溫計。
液體溫度計後續的重大進展是由託斯卡納的大公斐迪南二世組織完成的,他是佛羅倫斯西芒託學院的創建人之一,也是伽利略的學生。1654年,他們設法改進了老師所創造的溫度計。斐迪南發現酒精在受熱或變冷的時候,體積變化很大。他就用酒精來代替空氣,裝在玻璃球裡,再把玻璃球加熱,讓一部分酒精成為蒸汽,酒精蒸汽把玻璃管裡的空氣全趕跑了,第一個不受大氣壓力影響的真正溫度計就這樣誕生了。人們只要用尺量一下玻璃管裡酒精的高度,就知道溫度的高低了。
後來,人們給溫度計裡的酒精染成了紅色,觀察起來就更加清晰了。通常用來測量氣溫的溫度計,裡面裝的就是染紅的酒精。
但是酒精溫度計有個缺點,酒精在78攝氏度就要沸騰,到了這時候,玻璃管裡模糊不清了。到了1695年,才有人用水銀來代替酒精。水銀要到357攝氏度才沸騰,水銀溫度計可以測的溫度,就比酒精溫度計高得多。
1865年,英國的阿爾伯特發明了一種很有特色的體溫計,特點是儲存水銀的細管裡有一狹道,當體溫計接觸人體後,水銀很快升到人體實際體溫處,取出後水銀柱不下降,而是在狹道處斷開,使狹道以上部分始終保持體溫度數。這種溫度計受到了臨床的歡迎和普及應用。
>>>華倫海特
華氏度的創立者
溫度計有了,接下來我們回顧一下統一刻度的歷程。
1701年羅默製作了一種酒精溫度計,他用水的沸點作為上固定點,定作60°；融化的冰的溫度為下固定點,定作7.5°；冰和鹽水混合物的溫度定作0°。1708年華倫海特拜訪了羅默,參觀了羅默製作的溫度計。回來後,華倫海特對羅默的刻度方法作了多次改進,寫成一篇關於不同液體的沸點的論文,把水的沸點定作212°。為了紀念華倫海特,華氏溫標的單位記作:℉。目前世界上的主要國家,只有美國還在沿用華氏溫標。
1742年,瑞典人攝爾修斯又想出了一個辦法。他把水結冰的溫度作為0度,把水沸騰的溫度作為100度。攝爾修斯創造的刻度辦法,比華倫海特的簡便得多,所以更受到人們的歡迎。用這個刻度辦法製成的溫度計,叫做攝氏溫度計,量出來的溫度就是多少攝氏度,用「℃」來表示。
1867年,倫敦醫生奧爾巴特製成細小便利的體溫計,從此體溫計才為醫學界普遍採用。1868年,德國醫生翁德利希首次提出「發燒狀況因疾病而異,不同疾病會呈現出不同的體溫變化曲線」。從此,體溫測量開始成為醫生在診斷疾病時的必要環節和重要依據,也成為家庭必備的常用醫學器械之一。
後來,大家發現水銀體溫計的生產和使用過程中有引起汞中毒的危險,於是陸續發明了「藥片式」內服體溫計、電子式體溫計等。
中國版「溫度計」從冰瓶到照子
汝瓷試火片(資料圖片)
再來看看中國人測溫的歷史進程。
在中國的科技文化發展史上,遠至春秋戰國時期,已有不同的溫度範圍——冷凍、常溫、高溫等溫度測量工具和技術。
先秦《呂氏春秋》:「見瓶水之冰,而知天下之寒。」這種「冰瓶」也叫「水瓶」,早在先秦時期就已經出現,其實現在看來很好理解,瓶子中裝上水,如果水結冰了,表明氣溫很低,進入寒冬；如果冰融化,則氣溫回升。這可謂是中國最原始的一種溫度計,被視為現代溫度計的雛形。
另外,古人還摸索出了更為高級的檢測溫度的辦法,就是燒制陶瓷用的「照子」(火照子)。這個照子簡單說就是用來判別窯火溫度的泥胚樣品,通常為片狀,中間打孔,與陶瓷胚料同時放入窯中燒制。在燒制的過程中,窯工可以通過鐵鉤取出照子,觀察其燒結程度,這樣就可以判別窯內的溫度達到了什麼程度。為啥叫「照子」呢?原來,東漢晚期的三國時代火照子叫「銅鏡」,宋代因避宋太祖祖父趙敬的名諱,將「鏡」字改為「照」或「鑑」,故稱銅鏡為「照子」或「銅鑑」。
那麼,溫度計是什麼時候進入中國的呢?
清康熙年間,在華的傳教士最早把溫度計相關知識引介到國內。1664年,比利時人、耶穌會傳教士南懷仁完成的《靈臺儀象圖》就繪有他製作的溫度計。1671年,南懷仁完成了《驗氣圖說》,其中就專門談及溫度計的製法、用法和原理。在南懷仁之後,有說法稱法國來華的白晉留下一份手稿《驗氣寒暑表說》,不但介紹了德國格裡克、英國波義耳就溫度計研究的新進展,而且對比了新舊兩種溫度計。其中舊式溫度計是一種氣體溫度計,而新式溫度計便是前述斐迪南二世發明的水銀溫度計。
不過,雖然康熙年間已經傳入紫禁城溫度計、氣壓計等,到了雍正、乾隆時,他們對之仍一臉茫然,因為早年的那些儀器,早已束之高閣。而且,國外有科學家,中國也有,清初的黃履莊,在揚州時「因聞泰西幾何比例,轉捩機軸之學」,遂制出諸多奇器,其中就有「驗冷熱器」,即溫度計。
本版文/半島記者 張文豔綜合整理
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