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温度计的前世今生 [复制链接]

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银光图片
一、中国版温度计:从冰瓶到照子

    在中国的科技文化发展史上,远至春秋战国时期,已有不同的温度范围——冷冻、常温、高温等温度测量工具和技术。

    先秦《吕氏春秋》:“见瓶水之冰,而知天下之寒。”这种“冰瓶”也叫“水瓶”,早在先秦时期就已经出现,其实现在看来很好理解,瓶子中装上水,如果水结冰了,表明气温很低,进入寒冬;如果冰融化,则气温回升。这可谓是中国最原始的一种温度计,被视为现代温度计的雏形。

    另外,古人还摸索出了更为高级的检测温度的办法,就是烧制陶瓷用的“照子”(火照子)。这个照子简单说就是用来判别窑火温度的泥胚样品,通常为片状,中间打孔,与陶瓷胚料同时放入窑中烧制。在烧制的过程中,窑工可以通过铁钩取出照子,观察其烧结程度,这样就可以判别窑内的温度达到了什么程度。为啥叫“照子”呢?原来,东汉晚期的三国时代火照子叫“铜镜”,宋代因避宋太祖祖父赵敬的名讳,将“镜”字改为“照”或“鉴”,故称铜镜为“照子”或“铜鉴”。

最后编辑王燕飞 最后编辑于 2024-11-24 19:58:41
本主题由 管理员 喻伯军 于 2024/11/24 22:43:40 执行 设置精华/取消 操作
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佩服于古人的智慧
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二、第一支温度计(伽利略)

古希腊人早就知道空气在受热的时候会膨胀,在大约2000年前,亚历山大的英雄(Hero of Alexandria),这其实是一希腊人,生活在埃及的亚历山大,名字叫"Hero",他发明了一个类似蒸汽机的东西,用的就是热气膨胀的原理,但这个还不是温度计。
    最早的温度计是在1593年由意大利科学家伽利略发明的。他的第一只温度计是一根一端敞口的玻璃管,另一端带有核桃大的玻璃泡。使用时先给玻璃泡加热,然后把玻璃管插入水中。随着温度的变化,玻璃管中的水面就会上下移动,根据移动的多少就可以判定温度的变化和温度的高低。温度计有热胀冷缩的作用所以这种温度计,受外界大气压强等环境因素的影响较大,所以测量误差较大。

最后编辑王燕飞 最后编辑于 2024-11-24 19:58:33
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三温度计的演进——从气体到液体到固体

1612年,伽利略的同事和朋友、帕多瓦大学的生理学家和医生—桑克托里奥·桑克托留斯教授,对伽利略的气体温度计进行了改进,设计出一种蛇状玻璃管气体温度计。它的内部有红色液体,空气膨胀时就把液体往下压,再从玻璃管上刻的110个刻度看出温度的变化,可用于测量体温,是世界上最早的体温计。
鉴于桑克托留斯的温度计不太准确的缺点,法国医生、化学家兼物理学家詹·雷伊在1632年,把伽利略的玻璃管颠倒过来,并直接利用水而不是空气的体积变化来测量物体的冷热程度。但是,因为这种温度计的管口没有密封,会因水的蒸发而产生误差。这是第一支用水作为测温物质的温度计。
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1641年,第一支以染红的酒精作为测温物质的温度计,首次出现在意大利托斯卡纳大公斐迪南二世的宫廷里。1644~1650年期间,他将其不断完善而成为具有现代形式的温度计:用蜡将装有红色酒精的玻璃管口封住,在玻璃管上标上刻度。因此,一些人将温度计的发明归功于这位大公。1654年,这种温度计已在佛罗伦萨普及使用。
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温度计的前世今生,其发展也反映出科学大环境的发展以及人类技术发展
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1646年,意大利物理学家莱纳尔第尼明智地建议,以水的冰点和沸点作为刻度温度计的两个定点。但无奈的是,当时流行的酒精温度计内酒精的沸点(78.5 ℃)低于水的沸点(100℃)。所以,如果用水的沸点为第二个定点,这对酒精温度计显然不切实际,所以这一建议当时没能被采纳。这里需要说明的是,国际度量衡委员会在1989年发出通知,从1990年1月1日起,水的沸点定为99.975 ℃。
1658年,法国天文学家、数学家兼天主教神父—“科学史上最具魅力的人物”伊斯梅尔·博里奥,制成了第一支用水银作为测温物质的温度计。他值得一提的故事之一是:早于英国物理学家和数学家艾萨克·牛顿等人,最先偶然发现了计算万有引力的公式,但博里奥后来又否定了这个正确的公式。
1665年,荷兰物理学家、天文学家与数学家惠更斯,也提议把水的冰点和沸点作为两个固定点,以使温度计标准化。同年,英国物理学家与化学家波义耳,根据他在1662年发现的波义耳定律指出了气体温度计不准的原因及其他缺点。其后,人们大多转向研制使用其他介质作为测温物质的温度计。1672年,法国发明家休宾在巴黎发明了第一个不受大气压影响的空气温度计。
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按需改进的温标

华氏温标
温标是为了保证温度量值的统一和准确而建立的一个用来衡量温度的标准尺度(例如定点、刻度及刻度间隔等)。伽利略发明气体温度计之后,科学家们围绕温度计的测温物质、温标进行了不断的研究,使它更加准确、方便和实用,也进一步充实了计温学的研究内容。
一种“经验温标”—“华氏温标”
在1709~1714年间,物理学家、发明家、仪器制造商与玻璃工华伦海特,把冰、水和氯化铵的混和物平衡温度定为0°F,人体温度定为96°F(如以今天人的平均标准体温37℃计算,应为98.6°F),其间分为96格,每格为1°F。1724年,他又把水的沸点定为212°F;遗憾的是,他没有把冰的熔点定为0°F,而是定为32°F。这就是目前欧美的一些国家,以及中国香港、澳门等地区还在普遍使用的著名的“华氏温标”。它是一种用实验方法或经验公式确定的“经验温标”。1709年,华伦海特还发明了酒精温度计。此外,他还发明了在填充工作物质水银的时候的净化方法,在1714年制成了世界上第一支实用的水银温度计。
为什么华伦海特要把冰点定为“奇怪”的32°F、沸点定为 212°F呢?一种牵强的解释是,他觉得这样设定的好处是,可以在水从结冰到沸腾之间划分180等分,然后又可以让人的体温尽可能接近 100°F(实际是98.6°F)。事实上,人们迄今没有弄清他这样设定的真正原因。


最后编辑王燕飞 最后编辑于 2024-11-24 20:08:19
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以水为“标准”的两种温标—“列氏温标”和“摄氏温标”


1730年,法国博物学家、物理学家、昆虫学家和发明家列奥缪尔研制了一种酒精温度计,把水的冰点定为0°R,水的沸点定为80°R,其间分为80格,每格为1°R。这就是著名的“列氏温标”。
列氏温标仅在法国和德国的部分场合使用。
1742年,瑞典物理学家和天文学家摄尔修斯制成的一种水银温度计,则是把水的沸点与冰的熔点分别定为0℃和100℃,其间分为100格,每一格为1℃。这就是著名的“摄氏温标”。1743年,克里森指出,這种温标的定点不符合越热的物体温度越高的习惯。摄尔修斯辞世一年后的1745年,他生前的同事—卡尔·冯·林奈,把冰点与沸点的度数颠倒(即水的沸点与冰的熔点分别定为100℃和0℃)过来,这就是现在还在使用的摄氏温标。
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温度计的前世今生介绍的很完整,体会了温度计这样简单的工具的发展史,测量工具的进步与技术发展是密不可分的。这样的科普给学生看很有意思。
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了解到了温度计的一整个发展过程。
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这个科学史学习了
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第一次见到温度计的科学史,学习一下
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现在实验室用的煤油温度计,没几个是准的
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工具的发展,时代的变革
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工具与技术相互促进
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科学技术的不断进步,技术的不断革新,工具不断发明创造,这就是人类的进步历史。
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第一次认认真真学习了温度计的发展史
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涨知识了,当中很多都没有见过呢
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古人的智慧
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工程技术的双向改进
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科学史学习了
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伽利略太伟大了。
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技术进步促进工具改进
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这样的拓展很有意思,一下就吸引了学生的注意力
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一个小小的工具,从它的雏形出现到成熟,期间经历了多次的改进,这是科学史教学的重要价值。
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