第六章掌握冷暖的魔棒
温度计的发明
在日常生活，温度计给人们带来了诸多方便和益处：测量体温、气温等，然而有关温
度计的发明及发展却少有人知。
热胀冷缩冷暖可知
在日常生活中，人们发现世界上很多物质都具有热胀冷缩的特性。公元前3世纪就有人做
实验来演示空气的热胀冷缩，然而人们都没有想到利用它来测量温度。
1581年，还在意大利的比萨大学学习医学的伽利略萌发出发明温度计的想法。从此，
伽利略一头钻进了“热胀冷缩”世界中去了。然而，发明创造并非一蹴而就之事，他
必须具有灵敏的脑袋和灵巧的双手，必须经过认真仔细的思索和坚持不懈的努力，才能最后
取得成功，温度计的发明同样如此。
一晃10多年过去了，1593年伽利略经过反复实验和不懈努力，终于发明了第一支空气温度计
。这种仪器结构非常简单，但以前从未有人想到过：它是一根玻璃管，一端开口，另一端有
一小泡，然后将它注满水，并将开口的一端立于水盆内的水面之下，这样，小泡内出现了
一个含有空气的空间。如果用手握紧小泡，就会使泡内空气受热膨胀，越热膨胀得越厉害，
小泡中的空间也越大；相反，小泡内空气就变冷而收缩。如果在玻璃管边上装一个标尺，
用来测定水的高度变化，也就可以确定空气温度的变化了。
就在伽利略发明第一支空气温度计之时，他的一位朋友帕多瓦大学的医学教授桑克托留斯则
在用一种特殊的验温器来指示人体温度的变化，这种独特的验温器可以说是世界上最早的体
温计了。
桑克托留斯发明的这种体温计像一条蛇形，球状的上端可放在病人的口中，管子下端放在一
个盛水的容器内；蛇形管的刻度用玻璃珠标示，玻璃珠之间的距离则是任意的。虽然这是一
个粗糙的仪器，但桑克托留斯却利用它发现了人体在健康和患病时的体温变化。
不同寻常更进一步
然而，伽利略的
温度计很不精确，既不能测低温，又不能测高温：温度太低玻璃
管内的水会结冰，温度太高水又会汽化。而且，由于大气压强变化的影响即使温度不变，玻
璃管内的水
的高度也会有所差异。
首先对伽利略的温度计加以改进的是一位名叫雷伊的法国化学家。1632年元旦，雷伊给他
朋友写了一封信，信中提出了一种液体温度计，他建议把伽利略的温度计反过来装，在泡里
充水，管子里充空气，用水的膨胀来指示温度，他在信中这样写道：
“使用的时候，将泡充满水直到颈部。把它放在阳光下或一个发烧病人的手中，热会使水膨
胀而上升，上升多少则根据热的高低而定。”
但是，雷伊的液体温度计由于没有把玻璃管的上端封闭，水的蒸发就会带来较大的误差。
后来，在意大利托斯卡纳大公爵斐迪南二世的指导下，佛罗伦萨的院士们提出了将管子密封
的设想，他们将玻璃泡装上酒精，然后熔化玻璃尖把它密封，并把刻度附在玻璃管上。这就
是第一个与大气压强无关的温度计。
1659年，巴黎的文学家布里奥制造出了第一支用水银作为测温物质的温度计。这样，温度计
可测的温度范围就更大了。
德国物理学家盖里克在1660年至1662年创建了一个很不寻常的温度计。
盖里克发明的独特的温度计有近20英尺长，它由一个绘成蓝色，上面嵌着金星的铜球壳和1
英寸宽的铜管连接而成，铜管弯成一个很窄很窄的U形，管内灌入了一些酒精。U形管较短一
臂的顶端是开口的，酒精液面上漂浮着一个微小的倒扣着的铜箔杯，它与一根绳子连着，绳
子绕过悬挂在球壳下的滑轮，绳子的另一端是一个带翅膀的小天使，用小天使来指示管子上
的刻度。大铜球壳的一测加了一道阀门，用空气泵排除空气用以调节酒精的高度。当铜球内
的空气膨胀时，U形管开口一端的酒精就上升，小天使则下降；相反，当空气收缩时，小天
使就上升。
盖里克制造的这个巨大的温度计安装在房子背阴的一面，它上面的7个标度，从“大热”开
始一直到“大冷”。当时这个温度计非常引人注目。
攻克“温标”诸氏争鸣
自从伽利略制成第一支空气温度计开始，人们就碰到一个难题，那就是“温标”——如何确
立温度计的共同的标准。
首先意识到这一问题的是英国著名物理学家玻义耳，玻义耳一边思索着解决的方法，一边实
验着。经过一番钻研，玻义耳建议用茴香油放在酒精
温度计的周围，让油凝固，记下当茴香油开始凝固时的酒精高度，然后再计算酒精的膨胀。
玻义耳有个助手，名叫胡克，由于一个偶然的灵感，他制成了
一支清晰易辨的温度计，它里面灌着红色
的酒精。胡克制造的温度计变化非常大，夏天可以膨胀到顶端，冬天可以降低到底部。在杆
上刻度时，胡克先把它放在正在凝固的蒸馏水中，把它停留的位置当作零，再根据液体的膨
胀程度分度。
法国科学家阿蒙顿，他于1702年改进了伽利略温度计。他的温度计是由一个恒定体积的玻璃
泡和一个U形管较短的一臂连接而成，U形管较长的一臂内的水银柱高度表示所测得的温度。
阿蒙顿的温度计测出的温度与大气压强无关，因此，不同地方的温度计读数可做比较，但是
由于他选择水的沸点作为一个固定点，这又与大气压强有关，结果还是不能取得较高的准确
度。
同时期的牛顿发现了固体冷却
定律和他对溶解与沸腾温度稳定性的观察，对温度计的发展至关重要。
到了18世纪，由于物理学、医学和气象学等各个方面日益发展的需要，对温度测量的要求越
来越高。真所谓“时势造英雄”，在这样的形势下，有3位科学家脱颖而出，他们便是华伦
海特、列奥默和摄尔萨斯。
阿姆斯特丹一个有名的科学仪器制造家华伦海特，最初是用酒精来制作温度计的，直到1714
年，28岁的华伦海特才制造了现在仍以他
的名字命名的那种水银温度计，在他的温度计上，他选了3个固定点：第一点取冰、纯水和
氯化铵混合物的温度定为0度；第二点取无盐的冰水混合物的温度定为32度，称之为凝结的
起点；第三点取温度计插入人体口中或置于腋下的温度定为96度，这便是“华氏温标”。
有趣的是，水的沸点虽然不是华氏温标的一个固定点，但是这一点恰恰与之重合。以后，为
了使固定更精确，人们便把以冰水混合物的温度定为32度，把在标准大气压下水的沸腾温度
定为212度。
列奥默是一位法国贵族博物学家，他在不知晓华伦海特工作的情况下，沿着不同的路线，探
索着温度计的改良工作。
1683年，列奥默生于法国的拉罗歇尔，他是一位数学家、动物学家。1730年，列奥默引入了
种温标，他把水的冰点和沸点之间划分为80度，这是因为列奥默注意到，酒精和五分之一水
的混合液在从水的冰点加热到沸点时，其体积从1000份膨胀到1080份。但是，由于他忽视空
气压强对液体佛点的影响，他的温度计的测量结果并不理想。列奥默发明的这种温标人们称
之为“列氏温标”。
1742年，瑞典天文学家摄尔萨斯在一篇向瑞典科学院宣读的论文中，建议人们采用一种新的
温标，即“百分温标”，又称“摄氏温标”。他选择了两个固定点，一个是沸水的温度记作
0度，另一个是结冰的温度记作100度，中间分为100个分度。因此，摄尔萨斯当时的情况和
我们
今天恰恰相反：沸腾的水不是100度，而是0度!这个“摄氏温标”使用起来比以前所有的温
度都更令人满意，渐渐地成了科学研究中应用最广的温标。1743年，有人对“摄氏温标”的
方向不太满意，于是，将它倒了过来，取水的沸点为100度，冰点为0度，这种温标便一直延
用至今。
高低可测精确无误
英国科学家卡文迪许是18世纪受人尊敬的一名科学家。18世纪50年代
前后，卡文迪许发明了早期类型的最低
温度计和最高温度计，它们是两个互相独立的仪器。
最低温度计就像一根倒置的虹吸管，长肢封闭，短肢通过一个玻璃球与一个大圆筒连通。玻
璃球和大圆筒原先都装有酒精，水银则从短肢顶端延伸到长肢向上的某一点来表示环境温度
。当温度下降时，圆筒内的酒精收缩，水银从短肢跑进玻璃球内就跑不出来了。如果后来温
度上升了，则短肢上部充入一段酒精柱，其长度同温度上升成正比。短肢上水银高度将表明
温度计比它当时的温度低了多少，如果从现在的高度减去这个差值，就可以知道它所达到
的最低温度是多少了。
最高温度计的外表与普通温度计相差不大，关键在于它的上端：水银柱上部有一部分酒精柱
，上端开口处还有一个小小的玻璃容器。当温度逐渐上升，达到最高时，水银柱顶着酒精柱
达到最高处，多余的酒精便溢出到玻璃容器中。随着温度的下降，酒精柱上方出现了一段空
间，这段空间便能表示它曾达到的最高温度。
18世纪末，西克斯改进制成了组合式最高最低温度计。西克斯通常在晚上去察
看他的温度
计，从左边的指标看看昨天夜里的冷，从右边的指标看看今天白天的热。他将这些记录下来
，然后把一块小磁铁作用于管子被指标贴住的部分，使指标向下移动到水银表面。这样，无
需加热、冷却、分离或扰动水银，也无需移动仪表，便可以使这仪表一动也不动就调整
好了，他便开始准备做另一次记录。
这种温度计的发明对人类生活大有用处。
到了19世纪末20世纪初，科学技术的发展要求更精确的温度计，同时，科学技术的发展也为
更精确温度计的诞生创造了条件。在这一时期，相继诞生了电阻温度计、辐射热计、光测高
温计以及氢温度计、温差电偶温度计等。
今天的温度计已成了一个大家族，由以上各种愈益精确、科学的温度计，便可见一斑，尤其
是进入电子时代以后，小巧灵便的液晶显示温度计更是受人青睐。
