還在用水銀體溫計?看完你會恍然大悟!

2020-12-04 科學黑洞探索

以我們常用的水銀體溫計來說,正常情況下是測不了室溫的。水銀體溫計可測量範圍一般為35°-42°,而室溫一般情況下不會高於35°,因此是沒法測量的,如果室溫超過35°,那就另當別論了。

上邊只是拿水銀溫度計簡單回答了這個問題。那為什麼水銀溫度計無法測量室溫呢?背後有沒有巧妙的設計?

膨脹式溫度計發展歷史

一些物體具有熱脹冷縮的性質,當溫度不同時,其體積不同,利用此性質,可以進行溫度的測量。原則上,只要可以根據溫度不同而呈現某種特性變化的物質都可以做成溫度計。

空氣也會熱脹冷縮,因此早期的溫度計,是利用空氣來做的。科學家們裝置一個充滿空氣的管子,末端插入水中,當氣體溫度變化時會造成水面高度的變化,利用水面高度差,就可以算出溫度。

然而這種空氣法測溫度在實際使用時卻出現了問題。空氣的膨脹係數低,導致最後測量的溫度精度差,誤差大,並且會受到外界空氣壓力的影響,因此這種測量方式最終被拋棄了。

後來,科學家們想到在密閉空間裡進行溫度測量,因此設計了密封管,但是放入裡邊的是酒精,因為酒精的膨脹係數比水高,變化同樣的溫度,酒精體積變化更大,因此最終測量的結果也會更精確。但是科學家們仍然面臨一個問題:酒精不穩定,溫度的變化造成的酒精體積變化是動蕩的,不確定,因此測量的溫度誤差也較大,結果也不穩定,因此人們想找一種更穩定的物質來替代酒精。

來自荷蘭的科學家丹尼爾華倫海特嘗試用水銀替代酒精作為溫度計的主物質,因為水銀比酒精更加穩定,當溫度上升或者下降時,水銀的溫度變化更加可靠。另外,與水相比,水銀的膨脹係數也大於水,可以呈現出不小的體積變化,因此最終體溫計使用水銀來設計。

水銀體溫計原理

水銀溫度計主要利用了水銀熱脹冷縮的性質來實現的。水銀溫度計可測量的溫度範圍為-39°--357°。由於人體溫度一般變化範圍為35°-42°,因此水銀體溫計將溫度範圍定義為35°-42°。這樣可以保證同樣長度的體溫計,可測量的溫度精度更大。

想必大家都用過水銀體溫計測量溫度吧,當我們夾在腋下幾分鐘取出來後,到我們讀出溫度,是經過一些時間的,如果不對溫度計進行一些特殊設計,這時候讀的溫度很可能是室溫,或者是低於體溫。因此我們用的水銀體溫計在靠近儲液泡處有一段毛細管特別細,當我們量體溫時,水銀溫度升高,體積膨脹,從毛細管處上升。

當量完體溫後,上方的水銀收縮,毛細管處的水銀會被截斷,上面一截的水銀無法繼續往下走,就是我們的體溫。這時候,只有我們通過施加外力,甩幾下溫度計,水銀才會回到儲液泡內。

水銀體溫計優缺點

由於水銀的穩定性,因此水銀溫度計測量體溫最為穩定,並且不易受到外界環境因素幹擾,因此是我們用得最多的一種體溫計。

但是由於水銀有毒並且水銀溫度計都用玻璃作為密閉層,容易破碎,因此水銀溫度計的安全性存在問題。另外,水銀溫度計度數非常困難,想必大家使用水銀溫度計都經歷過度數困難問題吧,經常我們要把水銀溫度計翻轉好多次,才能觀察到顯示的問題。

其他類型的溫度計

數字式電子體溫計

電子體溫計是利用各種不同種類的溫度傳感器對體溫進行測量,通過將溫度傳感器輸出的電信號轉換成數位訊號,讀取溫度的最高值,以數字的形式顯示在液晶屏上。數字式電子體溫計解決了水銀溫度計讀數困難和不安全的問題,但是由於嚴重依賴傳感器,其測量穩定性較差,並且有些電子體溫計需要經常校準,以確保測量準確。

紅外線體溫計

紅外線體溫計是通過接收測量被測量物體輻射的紅外光線來測量物體的溫度,一般由光學系統和信號處理組件、顯示組件組成。紅外線體溫計一般通過人體的內耳道進行測量,所以又稱為「耳溫槍」,其測量溫度速度非常快,一般只需要幾秒即可完成測量。但是其價格比較貴,並且依賴人耳的環境,如果耳內耵聹較多,或者耳道彎曲,則測量結果可能不準確。

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