气温计的发展历史可以追溯到古代,以下是其主要发展阶段:
古代早期的探索
• 凭经验感知温度:在古代,人们主要通过身体的感觉来判断冷热变化。此外,早在先秦时期,中国古人就会利用装水的瓶子来观察温度变化,即“冰瓶”。当瓶子中的水结冰,可知气温很低进入寒冬;冰融化则气温回升。
• 高温目测技术:在金属冶炼或烧制陶瓷过程中,历代工匠以火焰颜色判断炉内温度高低,但这些都只是经验感知,无法精确测量。
温度计的发明与初步改进
• 世界上第一支温度计:1593年,伽利略最早将空气的热胀冷缩现象应用到温度计的发明中,制成了世界上第一支标有刻度的温度计——气体温度计。但该温度计受大气压影响,测量误差较大。
• 蛇形温度计问世:1611年,伽利略的学生桑克托留斯将气温计的直管改成蛇形弯管,缩小玻璃泡体积并在弯管上刻了大约110个刻度来指示温度变化,用于测体温,但仍未摆脱大气压影响,也没有统一的温度衡量标准。
液体温度计的发展
• 第一支水温度计及改进:1650年,意大利的费迪南首先选择水做液体温度计,但水的熔沸点及热缩冷胀的“反膨胀”现象限制了其测量范围和准确性。后来他又尝试多种液体,最终选择了酒精,制成了酒精温度计,但酒精的沸点为78℃,无法测量超过78℃的物体。
• 第一支水银温度计:1659年,法国天文学家布里奥利用水银沸点较高的特性,制作了第一支水银温度计,测量范围为-39~357℃,已具有现代温度计的雏形。
温标的建立与完善
• 华氏温标:1709年至1714年,德国气象仪器制造者华伦海特先后利用酒精和水银作为测量物质,制造了更精确的温度计,并把一定浓度的盐水凝固时的温度定为0°F,把纯水凝固时的温度定为32°F,把标准大气压下水沸腾的温度定为212°F 。
• 摄氏温标:1742年,瑞典人摄尔修斯改进了华伦海特温度计的刻度,把水的沸点定为0度,把水的冰点定为100度。后来他的同事施勒默尔把两个温度点的数值倒过来,形成了现在的百分温度,即摄氏温度。
现代测温技术的发展
• 新型温度计出现:19世纪,英国物理学家开尔文勋爵提出了绝对温标的概念。同时,电阻温度计和热电偶等新型温度计相继问世,能够在极端环境下进行温度测量,极大地扩展了温度计的应用范围。
• 数字式与非接触式温度计:20世纪,随着电子技术的发展,数字式温度计出现,读数直观、精度高、易于自动化控制。此外,红外温度计的发明使得非接触式温度测量成为可能,在医学、工业检测等领域具有重要意义。