測量溫度的單位怎麼來的?

2020-12-03 歡樂搖搖樂

為溫度計刻上標度,接下來的溫度計歷史也很有趣,但是對基礎科學的影響卻不大,胡克和牛頓都分別製作過一些溫度計,1971年,牛頓曾經建議用亞麻油當作溫度計的流體,並把0與12,作為溫標的上下限,這兩個極限分別是根據把雪壓縮,使之溶化,和溫度計接觸人體時達到的最高溫度所設定的,一向喜歡秘密行事,牛頓並沒有公開這項成就,別人只是猜測,他最後不得不承認,幾年以後,丹麥天文學家羅默,因為首先測出光速而著稱,她提出應該採用冰的熔點和水的沸點,作為溫標的極限,他所設定的兩個極限溫度是7.5與60。

有一位德國儀器製造者,華氏來見羅默向羅默提出了個人意見,因此,讓溫標再一次改變,這次是把兩個極限,設在32與212,為什麼會設在這兩個似乎是隨便選擇的數字呢,這是因為華氏的零點是設在冰水鹽混合物的溫度,華氏的100度,則接近人體的溫度,華氏溫標,只在英國和荷蘭流行而其它大部分國家卻採用了百分標,而且以水的冰點與沸點作為指標,這就是現在眾所周知的攝氏溫標,是為了紀念它的創始人攝氏瑞典天文學家而命名的,這個比較符合法國大革命以後,所採用的公制的十進位單位,只有當你知道自己是在測量什麼,也就是有個目標這時候你才會對測量感興趣,我們知道,零長度或者零時間的意思是什麼,但零溫度,又是什麼意思呢,雖然我們很容易可以辨別出兩個物體中哪一個比較熱,最低限度,他們是在我們能夠感受到的溫度範圍之內,溫度似乎缺少絕對標度,然而我們對於長度與時間的絕對標度,直覺上有如此清晰。

所以, 在大家用科學方法測量溫度時,自然而然也會問到我們到底是在測量什麼,這就需要對熱,有比較透徹的了解才行,溫度跟熱有什麼關係,波義耳,是科克伯爵一世的第14個孩子也是第一個用實驗方法,讓熱,溫度,能量連在一起的人,1650年代,波伊爾,定居在牛津, 當時正是實驗。用科學研究的觀念在英國萌芽的時期波伊爾的生活無牽無掛又富有他開始做起實驗並且和一小群志同道合的人共同討論,1663年他們聯合起來成立了為增進自然知識的倫敦皇家學會現在稱這個學會為皇家學會波伊爾親自處理會務,聘用了一個年輕人來當實驗管理員,這個人的職務包括協助會員完成實驗,與準備在學會的定期會議上作示範表演,27歲的胡可擔任這個職務,胡克曾經幫波伊爾,製造了多種真空桶,這個學會,和實驗學會不同的地方是它辦得非常成功,波伊爾的實驗證明了,恆溫氣體的壓力與它的體積成反比,如果一項變大,另外一項就會減小。

他們的乘積不會改變,因為溫度上升,氣體會膨脹,換句話說,氣體的溫度與他的壓力以及體積之間存在著某種關係,大約100年以後,一位叫做查理的法國人把這個關係作了進一步的解釋就是在壓力一定的情況下,一個氣球中的氣體體積與溫度成正比,換言之,溫度上升體積跟著增加,溫度下降體積隨著減小,1802年英國化學家及物理學家道爾頓與給呂薩克,得到一個非常有趣的結論,壓力一旦固定以後,當溫度接近攝氏零度時,每增加攝氏一度,所有的氣體的體積會增加,多出來的體積是原來體積的273分之一,反之溫度每下降一度,體積則減少了原來體積的273分之一,攝氏十度時氣體體積會變成原來體積的273分之283,而在攝氏零下十度是,體積則是原來的273分之263,氣體體積的變動量,就像他們所觀察到的,溫度每改變攝氏一度,體積就改變了,273分之一。

其實給 呂薩克,是偶然間從查裡未發表的研究結果,重新發現了這個結論,而且他還特地確保,查理得到他應該獲得的名聲,呂薩克把這個關係更進一步擴展,證明了,當體積固定時溫度每改變數是一度,施加在氣體容器外面的壓力也會增加或減少273分之一,這越來越讓人感到困惑,這種氣體的壓力,體積與溫度之間的關係似乎跟氣體的種類沒有關係,也就是說所有氣體之間可能存在某種更深層的關係,此外,給呂薩克也查證這個關係,與他所用的氣體,或者實驗的地方都無關,查證的過程中他不斷小心謹慎,而且也非常大膽,1804年9月。給呂薩克乘坐熱氣球上升到約7000公尺的高空,在上升和下降的過程中,他搜集了空氣的樣品,並且記錄他們的溫度,他所推導出來的公式,直到今天仍然成立。

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