选修2-温度计的制作

1、温度温度计的制作温度计的制作温度计的发明者是谁？温度计的发明者是谁？ （意大利）伽利略（意大利）伽利略伽利略（伽利略（Galileo Galilei，1564.02.15-1642.01.08）。）。意大利数学家、物理学家、意大利数学家、物理学家、天文学家，科学革命的先天文学家，科学革命的先驱驱 。伽利略发明了摆针和。伽利略发明了摆针和温度计，在科学上为人类温度计，在科学上为人类作出过巨大贡献，是近代作出过巨大贡献，是近代实验科学的奠基人之一。实验科学的奠基人之一。伽利略生活在伽利略生活在16世纪中叶。他是第一个世纪中叶。他是第一个用望远镜观察天体的人，那架望远镜还用望远镜观察天体的人，那架望

2、远镜还是他自己制造的。他首先发现月球的表是他自己制造的。他首先发现月球的表面是凹凸不平的，发现环绕太阳运行的面是凹凸不平的，发现环绕太阳运行的木星尚有四个卫星在绕着它转圈子，发木星尚有四个卫星在绕着它转圈子，发现太阳的光球层上有黑色的斑点，称它现太阳的光球层上有黑色的斑点，称它为黑子。伽利略对于神秘的自然现象，为黑子。伽利略对于神秘的自然现象，从来不肯轻易放过。他发现了许多有名从来不肯轻易放过。他发现了许多有名的物理定律，创造了不少科学仪器，温的物理定律，创造了不少科学仪器，温度计只是其中的一种。度计只是其中的一种。伽利略于伽利略于1564年年2月月15日出生在意大利的比萨日出生在意大利的比萨

3、城。他从小就表现出强烈的求知欲望。大自然城。他从小就表现出强烈的求知欲望。大自然中的一草一木，天空中的星星、太阳，都能引中的一草一木，天空中的星星、太阳，都能引起他极大的好奇。他在起他极大的好奇。他在17岁那年，按照父亲岁那年，按照父亲的意愿，考上了比萨大学医科专业。的意愿，考上了比萨大学医科专业。伽利略在学习医学的过程中，认识到人的生病伽利略在学习医学的过程中，认识到人的生病与体温变化有很大的关系，也就是说，通过了与体温变化有很大的关系，也就是说，通过了解人的体温有助于确定其身体状态。可在当时，解人的体温有助于确定其身体状态。可在当时，医生只能用手触摸病人，凭感觉来推测人体的医生只能用手触摸

4、病人，凭感觉来推测人体的大致温度。这种方法显然容易产生误差，并不大致温度。这种方法显然容易产生误差，并不精确。精确。伽利略想：能不能发明一种可以伽利略想：能不能发明一种可以精确地测出病人体温的仪器呢精确地测出病人体温的仪器呢?于是，伽利略开始构思这种新仪于是，伽利略开始构思这种新仪器的使用原理。器的使用原理。他想了许多办法，可一个个都被他想了许多办法，可一个个都被他自己否认了。他自己否认了。一天，他在沉思之中，看到一位小孩正在一天，他在沉思之中，看到一位小孩正在玩一种玩具。这种玩具据说是古希腊人发玩一种玩具。这种玩具据说是古希腊人发明的。它的结构很简单：在明的。它的结构很简单：在U形的玻璃管形

5、的玻璃管里装一半水，将弯管的一端用铅球密封，里装一半水，将弯管的一端用铅球密封，另一端用玻璃球密封，使管中的空气跑不另一端用玻璃球密封，使管中的空气跑不出来。玩的时候，在铅球下加热，出来。玩的时候，在铅球下加热，U形管形管中的水就会向回退缩；移开铅球下的火源，中的水就会向回退缩；移开铅球下的火源，铅球冷却，水就会升到原来的位置。铅球冷却，水就会升到原来的位置。伽利略观察着，产生了一个新的想法：伽利略观察着，产生了一个新的想法：“为什么不根据热胀冷缩的现为什么不根据热胀冷缩的现象来制作呢象来制作呢?”于是，伽利略便对热胀冷缩现象于是，伽利略便对热胀冷缩现象进行进一步的研究，并在此基础进行进一步的

6、研究，并在此基础上设计了许多方案。然而，科学上设计了许多方案。然而，科学发明不可能一蹴而就，他的方案发明不可能一蹴而就，他的方案又一次次的失败了。又一次次的失败了。寒来暑往，寒来暑往，10余年的时间过去了。余年的时间过去了。1593年，伽利略发明了第一支空气温度年，伽利略发明了第一支空气温度计。这种气体温度计是用一根细长的玻计。这种气体温度计是用一根细长的玻璃管制成的。它的一端制成空心圆球形；璃管制成的。它的一端制成空心圆球形；另一端开口，事先在管内装进一些带颜另一端开口，事先在管内装进一些带颜色的水，并将这一端倒插入盛有水的容色的水，并将这一端倒插入盛有水的容器中。在玻璃管上等距离地标上刻度

7、。器中。在玻璃管上等距离地标上刻度。这样，当外界温度升高时，玻璃球内气这样，当外界温度升高时，玻璃球内气体膨胀，使玻璃管中水位降低；反之，体膨胀，使玻璃管中水位降低；反之，温度较低时，玻璃球内气体收缩，玻璃温度较低时，玻璃球内气体收缩，玻璃管中的水位就会上升。管中的水位就会上升。伽利略温度计伽利略温度计空气温度计的发明，推进了体温计空气温度计的发明，推进了体温计的问世。的问世。 伽利略的一位朋友、帕多瓦大学伽利略的一位朋友、帕多瓦大学医学教授桑克托留斯，一直在关注着医学教授桑克托留斯，一直在关注着伽利略研制温度计的进展。当他看到伽利略研制温度计的进展。当他看到世界上第一支空气温度计后，按照自世

8、界上第一支空气温度计后，按照自己的设想和诊病需要，对气体温度计己的设想和诊病需要，对气体温度计进行了改进，在进行了改进，在1600年制成了世界上年制成了世界上第一支体温计。第一支体温计。第一支空气温度计虽能测定第一支空气温度计虽能测定温度，但人们发现它的测定温度，但人们发现它的测定结果并不精确，因为气体温结果并不精确，因为气体温度计下端是与大气相通的，度计下端是与大气相通的，玻璃管中的水位高度不仅受玻璃管中的水位高度不仅受到空心球中空气温度的影响，到空心球中空气温度的影响，而且还受到大气压强的影响。而且还受到大气压强的影响。也就是说，即使温度不变，也就是说，即使温度不变，玻璃管内的水的高度也会

9、有玻璃管内的水的高度也会有所差异。所差异。此时，伽利略手头的其他研究工作此时，伽利略手头的其他研究工作十分繁忙，他没有精力对空气温度十分繁忙，他没有精力对空气温度计进行改进。他的学生斐迪南在老计进行改进。他的学生斐迪南在老师的指导下，决定用液体代替空气师的指导下，决定用液体代替空气温度计中的空气。温度计中的空气。1654年，斐迪南经过对各种液体的年，斐迪南经过对各种液体的试验之后，研制出了世界上第一支试验之后，研制出了世界上第一支酒精温度计。酒精温度计。它是往玻璃球里注适量酒精，再加它是往玻璃球里注适量酒精，再加热玻璃球，用酒精蒸气赶跑玻璃管热玻璃球，用酒精蒸气赶跑玻璃管中的空气，然后迅速把玻

10、璃管口封中的空气，然后迅速把玻璃管口封死。这样，它就可以避免大气压强死。这样，它就可以避免大气压强的影响。的影响。可是，经过一段时间的使用，人们可是，经过一段时间的使用，人们发现，酒精温度计也存在不足之处，发现，酒精温度计也存在不足之处，即当用它测开水的温度时，温度计即当用它测开水的温度时，温度计内一片模糊。原来，水的沸点是内一片模糊。原来，水的沸点是100，酒精的沸点是，酒精的沸点是78，因此，因此将酒精温度计置于开水之中时，酒将酒精温度计置于开水之中时，酒精早已变成气体了。显然，只有用精早已变成气体了。显然，只有用高沸点的液体代替酒精，才能解决高沸点的液体代替酒精，才能解决这一问题。这一问

11、题。1659年，法国天文学家布里奥，利年，法国天文学家布里奥，利用水银沸点较高的特性，首度制成用水银沸点较高的特性，首度制成水银温度计。这种温度计可测得水银温度计。这种温度计可测得357的高温，也可测得的高温，也可测得-39的低的低温。温。后来荷兰人华伦海特在后来荷兰人华伦海特在1709年利用年利用酒精，在酒精，在1714年又利用水银作为测量年又利用水银作为测量物质，制造了更精确的温度计。他观物质，制造了更精确的温度计。他观察了水的沸腾温度、水和冰混合时的察了水的沸腾温度、水和冰混合时的温度、盐水和冰混合时的温度；经过温度、盐水和冰混合时的温度；经过反复实验与核准，最后把一定浓度的反复实验与核

12、准，最后把一定浓度的盐水凝固时的温度定为盐水凝固时的温度定为0 ，把纯水，把纯水凝固时的温度定为凝固时的温度定为32 ，把标准大气，把标准大气压下水沸腾的温度定为压下水沸腾的温度定为212 ，用，用 代表华氏温度，这就是华氏温度计。代表华氏温度，这就是华氏温度计。在华氏温度计出现的同时，法国人列缪在华氏温度计出现的同时，法国人列缪尔也设计制造了一种温度计。尔也设计制造了一种温度计。他认为水银的膨胀系数太小，不宜做测他认为水银的膨胀系数太小，不宜做测温物质。他专心研究用酒精作为测温物温物质。他专心研究用酒精作为测温物质的优点。他反复实践发现，含有质的优点。他反复实践发现，含有1/5水的酒精，在水

13、的结冰温度和沸腾温度水的酒精，在水的结冰温度和沸腾温度之间，其体积的膨胀是从之间，其体积的膨胀是从1000个体积单个体积单位增大到位增大到1080个体积单位。因此他把冰个体积单位。因此他把冰点和沸点之间分成点和沸点之间分成80份，定为自己温度份，定为自己温度计的温度分度，这就是列氏温度计。计的温度分度，这就是列氏温度计。华氏温度计制成后又经过华氏温度计制成后又经过30多年，多年，瑞典人摄尔修斯于瑞典人摄尔修斯于1742年改进了华年改进了华伦海特温度计的刻度，他把水的沸伦海特温度计的刻度，他把水的沸点定为点定为0度，把水的冰点定为度，把水的冰点定为100度。度。后来他的同事施勒默尔把两个温度后来

14、他的同事施勒默尔把两个温度点的数值又倒过来（即沸点点的数值又倒过来（即沸点100度，度，冰点冰点0度），就成了的百分温度，度），就成了的百分温度，即摄氏温度，用即摄氏温度，用表示。表示。摄尔修斯摄尔修斯安德斯安德斯摄尔修斯（摄尔修斯（Anders Celsius，17011744）瑞典）瑞典物理学家、天文学家，瑞典物理学家、天文学家，瑞典科学院院士。科学院院士。1701年年11月月27日生于乌普萨拉。他曾在乌日生于乌普萨拉。他曾在乌普萨拉大学学习，受父亲影普萨拉大学学习，受父亲影响，从事天文学、数学、地响，从事天文学、数学、地球物理和实验物理学研究。球物理和实验物理学研究。年仅年仅26岁便担任

15、了乌普萨拉岁便担任了乌普萨拉科学协会会长，并在大学任科学协会会长，并在大学任教。教。17301744年任乌普萨年任乌普萨拉大学教授，拉大学教授，1740年兼任乌年兼任乌普萨拉天文台台长。普萨拉天文台台长。英、美国家多用华氏温度，德国英、美国家多用华氏温度，德国多用列氏温度，而世界科技界和多用列氏温度，而世界科技界和工农业生产中，以及中国、法国工农业生产中，以及中国、法国等大多数国家则多用摄氏温度。等大多数国家则多用摄氏温度。 随着科学技术的发展和现代工业随着科学技术的发展和现代工业技术的需要，测温技术也不断地改进和技术的需要，测温技术也不断地改进和提高。由于测温范围越来越广，根据不提高。由于测

16、温范围越来越广，根据不同的要求，又制造出不同需要的测温仪同的要求，又制造出不同需要的测温仪器。下面介绍几种。器。下面介绍几种。转动式温度计转动式温度计转动式温度计是由一个卷曲转动式温度计是由一个卷曲的双金属片制成。双金属片的双金属片制成。双金属片一端固定，另一端连接着指一端固定，另一端连接着指针。两金属片因膨胀程度不针。两金属片因膨胀程度不同，在不同温度下，造成双同，在不同温度下，造成双金属片卷曲程度不同，指针金属片卷曲程度不同，指针则随之指在刻度盘上的不同则随之指在刻度盘上的不同位置，从刻度盘上的读数，位置，从刻度盘上的读数，便可知其温度。便可知其温度。半导体温度计半导体温度计半导体的电阻变

17、化和金属不同，温半导体的电阻变化和金属不同，温度升高时，其电阻反而减少，并且度升高时，其电阻反而减少，并且变化幅度较大。因此少量的温度变变化幅度较大。因此少量的温度变化也可使电阻产生明显的变化，所化也可使电阻产生明显的变化，所制成的温度计有较高的精密度，常制成的温度计有较高的精密度，常被称为感温器。被称为感温器。热电偶温度计热电偶温度计热电偶温度计是由两条不同金属连热电偶温度计是由两条不同金属连接着一个灵敏的电压计所组成。金接着一个灵敏的电压计所组成。金属接点在不同的温度下，会在金属属接点在不同的温度下，会在金属的两端产生不同的电位差。电位差的两端产生不同的电位差。电位差非常微小，故需灵敏的电

18、压计才能非常微小，故需灵敏的电压计才能测得。由电压计的读数，便可知道测得。由电压计的读数，便可知道温度为何。温度为何。光测高温计光测高温计物体温度若高到会发出大量的可见光时，物体温度若高到会发出大量的可见光时，便可利用测量其热辐射的多寡以决定其温便可利用测量其热辐射的多寡以决定其温度，此种温度计即为光测温度计。此温度度，此种温度计即为光测温度计。此温度计主要是由装有红色滤光镜的望远镜及一计主要是由装有红色滤光镜的望远镜及一组带有小灯泡、电流计与可变电阻的电路组带有小灯泡、电流计与可变电阻的电路制成。使用前，先建立灯丝不同亮度所对制成。使用前，先建立灯丝不同亮度所对应温度与电流计上的读数的关系。使用时，应温度与电流计上的读数的关系。使用时，将望远镜对正待测物，调整电阻，使灯泡将望远镜对正待测物，调整电阻，使灯泡的亮度与待测物相同，这时从电流计便可的亮度与待测物相同，这时从电流计便可读出待测物的温度了。读出待测物的温度了。液晶温度计液晶温度计用不同配方制成的液晶，其相变用不同