温度计是谁发明的（温度计进化简史）
温度计是谁发明的（温度计进化简史）
温度与我们日常生活的关系太密切了，上了年纪的人习惯关注每天《新闻联播》后的《天气预报》节目，年轻人更喜欢直接在手机上查看天气的动态信息，伴随天气变化的气温往往决定了未来几天的穿着或行程。自己或家人身体有些发热，自然会用体温计去测量。今天我们就聊聊有关温度计的故事，首先说温度计的发明，其次谈温标的确立，最后是温度计知识传入我国的过程。
温度计的发明
大家或许想知道，在温度计发明之前，人类是如何表达温度高低的呢?很简单，靠经验描述。你可能还记得战国《列子·汤问》中“两小儿辩日”的故事吧，一小儿为“近者热而远者凉”辩护道，“日初出沧沧凉凉，及其日中如探汤”。这便是很朴素的经验性描述。
当然，古人还摸索出了稍微高级一点检测温度的办法，比如烧制陶瓷中的“照子”就是一例。那么什么是“照子”呢，简单说就是窑工用于判别窑火温度高低的泥土胚胎。据景德镇陶瓷大学郑乃章教授研究，魏晋南北朝时已经出现照子，不过当时主要用于试验釉色;到了宋元，照子技术已经成熟，通过观察照子的烧结程度，检测窑内制品在最高烧成温度下保温时间的长短。这种技术全靠窑工的经验积累，无法定量、精确检测。
温度计的发明是西方近代科学革命的产物，而且是伽利略首先发明了一种利用空气热胀冷缩原理的气体温度计。西方在探究空气热胀冷缩及其运用方面历史悠久，早在古希腊时期，著名的希罗(Hero of Alexandria)就利用这一原理设计出了可用在神庙的自动开门机械。伽利略的气体温度计很简单，就是一根细长的玻璃管，一端开口，另一端是一鸡蛋大小的玻璃泡。
使用时，先用手把玻璃泡捂热，然后让玻璃泡一端在上，把玻璃管竖直插入到水中，这便形成了一个简单的气体温度计。当外界空气上升或下降时，玻璃管中水柱就会下降或上升。如果在玻璃管标识上刻度，便可以指示温度。尽管不清楚伽利略当时是如何标记温度的，但他在一本书中明确提到了度数。不过由于这种温度计会受到气泡内空气温度以及外界气压的影响，误差比较大。
伽利略博物馆现存的16世纪伽利略 发明的气体温度计 (图片来源：佛罗伦萨摄影档案馆)
受伽利略的启发，他的朋友、意大利帕多瓦大学的医学教授桑克托留斯(Sanctorio Sanctorius)在1612年发明了一种蛇形的气体温度计，上端的玻璃泡可以放入病人口中，从下方水柱查看病人体温的变化。这是世界上最早的体温计。
鉴于这种气体温度计的缺陷，1632年法国的医生让·莱伊(Jean Rey)首次把伽利略的温度计颠倒了过来，让玻璃泡在下方，并且里面充入水，以水为测温物质，温度则通过玻璃管中的水柱体现。但这种温度计玻璃管上方是开放式的，因此会受到水蒸发的影响。
液体温度计后续的重大进展是由托斯卡纳的大公斐迪南二世(Ferdinand II)组织完成的，他是佛罗伦萨西芒托学院的创建人之一。他们试验了多种液体，发现酒精的热膨胀效果比较明显;同时他们把玻璃管的上端熔化封闭，这样就制成了世界上的第一支不受外界气压影响的温度计，时间是1654年。
1714年，华伦海特(Daniel Gabriel Fahrenheit)发明了水银温度计。他是一位气象仪器制造者，出生在德国，但一生大部分时间待在荷兰。水银温度计和酒精温度计各有千秋，水银的沸点为357度，故可以测量较高的温度。但由于其凝固点为零下39度，故不能测比之更低的温度。
像我国内蒙古根河市，今年1月份有几天气温低至零下50多摄氏度，这种情况下水银都成固体了，自然无法使用水银温度计，但是可以使用酒精温度计，因为酒精的凝固点是零下117摄氏度。与水银温度计相反，酒精温度计不能测量较高的温度，因为酒精的沸点是78度。华伦海特不但发明了水银温度计，更重要的是开始着手确立温标。
温标的确立
温标是温度数值化的标尺，要确立温标，最重要的是找出几个基准点。1724年，华伦海特选择了三个基准点：为了避免温度中出现负数，选择了氯化铵与冰、水混合物的温度为0度;冰、水混合物温度为32度;把温度计置于人的口中或腋下，可得到人体温度96度。后来人们又做了修订，把水在标准大气压下的沸点确定为212度，这样水的冰点和沸点间算是180度，这便是华氏温标。为了纪念华伦海特，华氏温标的单位记作：℉。目前世界上的主要国家，只有美国还在沿用华氏温标。
目前全世界应用最广泛的温标系统是瑞典人摄尔修斯(Anders Celsius)确立的，他一生主要在乌普萨拉大学从事天文学研究，不过因其旁涉温度计量而大名流芳。1742年，摄尔修斯在一篇论文《对温度计上两个固定点的观察》中描述了他的温标系统，这种温标是把标准大气压下水的冰点和沸点之间划分为100度，但当时他采取的是冰点为100度，沸点为0度的方案，这样可以避免低温为负数的结果。
瑞典发行的纪念摄尔修斯的邮票
但这一方案与人们的习惯相悖，1745年，也即摄尔修斯去年后的第二年，他的同事、瑞典植物学家林奈(Carl Linnaeus)把冰点与沸点的度数颠倒过来，这便是我们现在使用的摄氏温标。不过另有人说，做了这项颠倒工作的是摄尔修斯的继任者马丁·斯特劳莫尔(Martin Stroeme)。无论如何，这种百分温标的创始者是摄尔修斯，为了纪念他，摄氏温标的单位记作℃。显然，从绝对数值上衡量1℉≠1℃，因为摄氏温标的100份在华氏温标下是180份，它们之间有如下转换关系：F=(9C/5)+32。
前述华氏温标和摄氏温标，均要依赖温度计，或者说依赖于测温物质，比如水银。可不可以找到一种不依赖于温度计的温标体系呢?可以。1848年，英国物理学家威廉·汤姆逊(William Thomson，即后来的开尔文勋爵)确立了一种新的温标——绝对温标，单位为K。此温标只有一个基准点，即绝对零度，这是冷到极限的状态，一切原子、分子的热运动都已消失，相当于摄氏温标中的零下273.15度，其分度间隔与摄氏温标相同，因此两者的转换关系为：T(K)=t(℃)+273.15。
