通常我們說體溫都是多少攝氏度,有人會聽過多少華氏度,課本上又會出現多少開爾文,這些東西都是啥意思呢?
其實溫度這個詞比較主觀,它源於人們的感受,它不像速度,速度看一眼就知道快慢,溫度就不行,就只能去感受到。不過好在,全人類有一套統一的感受標準,就是知冷知熱,這體現在生活當中就是冬天穿棉襖,夏天穿短褲。
其實這其中就有一個衡量的標準和參考,就是人類適宜的溫度,說白了就是你感覺舒服的溫度,比這個溫度低就叫做冷,比這個溫度高就叫做熱。那立馬問題就來了,就是當兩個溫度都感覺熱的時候,哪個更熱呢?你可能會說差不多,差不多不行,咱們得較真兒。
於是人類在歷史上就想出了各種辦法來衡量溫度的高低,就比如我國古代,大家都聽說過一個詞,叫做「爐火純青」,意思就是說在古代煉丹的時候,當煉丹爐的溫度高到什麼程度,金丹就煉好了呢?就是當爐中的火焰顏色從紅色變為青色的時候,金丹就煉好了,溫度就達到最高值了。但是這種辦法又不夠量化,於是人們就想到了,可以用熱脹冷縮效應來衡量溫度的高低呀,不過時間也就到了16世紀了,其中最有名的人就是伽利略,你看伽利略什麼都研究。
伽利略自己搞了一套裝置,下邊是一個玻璃泡,上面連著一個很長很長的玻璃管。然後用手把裝置焐熱,也就是把裝置中的空氣加熱,然後把整個裝置倒過來,插入水池當中。你就會發現,當裝置中的空氣冷卻的時候,玻璃管就會上升一段高度的水,溫度差越大,水上升的高度也就越高。但是呢,還有一個問題,就是當室溫改變的時候,水上升的高度也會受到影響。實際上就是大氣壓強的影響嘛,而且玻璃管將近1米長,攜帶也不方便。
後來法國的一位化學家叫做雷伊,他就把伽利略的方法改進了。他是把玻璃管做彎了,一圈一圈得盤上來,然後把玻璃泡放在下面,就是把伽利略的裝置倒過來,裡面裝上水,這樣的話水一受熱也會上升一段高度。不過水是會蒸發的,所以長時間後又不準了。於是後來人們就把水換成了酒精或者水銀,然後把上面的口密封住,這樣不就不蒸發了嘛,這就是溫度計最早的雛形。
測量的手段有了,現在就差一套統一的標準了,也就是量化,說白了就是我需要找兩個溫度,一個高一個低,然後把中間等分,這樣不就量化了嘛,但是用哪兩個溫度作為標準呢?
於是十七世紀的物理學大神就開始紛紛表態,惠更斯就說:「我覺得應該用水的冰點和沸點作為標準」,實際上我們現在用的就是最早惠更斯提出的標準。波義耳說不行!咱們這個標準是要向全世界推廣的,但是水的冰點是會受到緯度的影響而改變的,當時人們對於氣壓的概念還不是很明確,所以認為水的冰點和緯度有關。於是波義耳就說,我建議應該用茴香油,用茴香油的凝固點作為標準。牛頓也坐不住了,牛頓說,你們說的都不行,應該用融雪的溫度,就是雪融化的溫度和人體的溫度作為標準,然後20等分,你看,多完美。大咖就是這樣,爭論起來誰也不讓誰,所以一直也沒有一個統一的定論。
到了1703年,丹麥的羅默他說,我覺得應該用冰、水、食鹽的混合物作為標準點,因為這是那個時候,人們能夠達到的最低溫度。後來1724年德國人華倫海特受到羅默的啟發,建立了一套溫度的標準,也就是華氏溫標。他是把結冰的鹽水混合物定義為0度,健康的人體溫度定義為96度,為啥是96度而不是100度呢?是這樣的,把人體的溫度定義為96度之後,發現剛好水的冰點是32度,是個整數。如果要是把人體溫度定義為100度的話,水的冰點就不是整數了,所以他最早就是這麼定義的。
後來人們又發現這套標準確實保證水的冰點是整數了,但是水的沸點又不是整數了,於是人們就把這套標準給改了,就是現在華氏溫標的標準。就是標準大氣壓下,以水的冰點為32度,以水的沸點為212度,中間相差了180度,然後進行180等分,每等分1華氏度,到現在美國和其他國家仍然在使用華氏溫度。
那我們所使用的攝氏度是怎麼來的呢?是到了1742年的時候,瑞典的一位天文學家叫做攝爾修斯,他所定義的一套標準,所以叫做攝氏度嘛。不過有趣的是,他最開始定義攝氏溫標的時候是把水的冰點定義為100度,沸點定義為0度,就是剛好和我們現在是倒過來的。為啥這麼定義呢,因為他是為了避免常用的溫度出現負數。生活中比水的冰點還低的溫度很容易出現,但是比水的沸點還高的溫度就不太容易出現。比如冬天-20℃,按照他的標準就變成了120℃。
一年之後法國人克裡斯汀,他就說你這套標準是挺好的,但是要是倒過來就更好了,就是我們現在所使用的攝氏溫標,就是在標準大氣壓下,以水的冰點為0度,以水的沸點為100度,然後進行100等分,每一等分是1攝氏度。克裡斯汀還是比較尊重攝爾修斯的,沒有叫「克氏度」,還是延用了攝氏度的叫法。
有了溫度計很多熱學實驗就可以正常開展了,因為有標準了嘛,於是從這裡之後熱力學就得到了快速的發展。到了1848年的時候開爾文男爵給出了熱力學溫標,就是開氏度,這是一套純理論的溫標,它是根據水的三相點作為標準點來定義的。
以上就是有關人類對溫度的探索及溫度計的由來,喜歡這篇文章的話可以點個讚和收藏,也可以分享給你朋友看,想看更多可以點個關注,這裡是笑靨綻放!