科技研究需要工具，需要量化，反过来，工具的研制也需要科技相关知识或思维作为铺垫。

温度测量体系对于热力学来说自然很重要，另外，温度也与人们的生活生产密切相关。

“春江水暖鸭先知”，“冬夜夜寒觉夜长”，人和动物都能深切感受自然环境的冷暖变化。

温度（temperature）是表示物体冷热程度的物理量，微观上来讲是物体分子热运动的剧烈程度。温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量，而用来量度物体温度数值的标尺叫温标。

先来了解我们现在使用的两套温标体系：华氏温标和摄氏温标。

华氏、摄氏，正如我们所称的吴氏、苏氏，不过这是两个老外，两个男性。华氏的英文名并非H开头，而是Fahrenheit，摄氏的英文名也并非S开关，而是Celsius。

华氏温标：是德国人华伦海特(Fahrenheit)于1714年创立的温标。它以水银作测温物质，确定冰的熔点为32度，沸点为212度，中间做180次等分，以℉表示。

摄氏温标：1740年瑞典人摄尔修斯(Celsius)提出在标准大气压下，把冰水混合物的温度定为0摄氏度，水的沸点规定为100度。根据水这两个固定温度点来对温度进行分度。两点间作100次等分，每段间隔称为1摄氏度，记作1℃。

华氏度 = 32°F+ 摄氏度 × 1.8

摄氏度 = (华氏度 - 32°F) ÷ 1.8

如我们的体感温度的对应关系：30°C=86°F

华氏度与摄氏度的转换，有一个简单的估算方法。有三个华氏度，颠倒个位数和十位数，约等于对应的摄氏度。

40 华氏度 = 04 摄氏度

61 华氏度 = 16 摄氏度

82 华氏度 = 28 摄氏度

1 为什么有32这个参数？

如何在一个衡量温度的器具上刻刻度以及如何确定物质的凝固点和沸点，都是人为规定的，但肯定有其合理性？并且会朝更合理的方向改进。

荷兰人华伦海特想出了一个把温度计上的刻度统一起来的办法。他把温度计放在冰雪和盐的混合物里，看玻璃管里的水银降到哪儿，就在玻璃管上刻一条线，这时的温度计作为零度（当年所了解的最低温度）。再把温度计放在自己嘴里（测体温），看水银升到哪儿，又刻一条线。把这两条线之间平分成24格，一格作为一度。后来，他觉得这样的格子太大，又把每一格平分成4格，一共成了96格，从0度到96度。再用同样大小的格子，刻出零度以下和96度以上的度数。其他的液体（如酒精）也可以用同样方法来定刻度。许多人采用了这种刻度温度计。因为它是华伦海特创造的，所以叫华氏温度计，量出来的度数就是华氏多少度，用“F”来表示。例如水的冰点是华氏32度，就写成“32℉”。水的沸点是华氏212度，就写成“212℉”。

如果液体中溶有少量其他物质（或称为杂质），即使数量很少，物质的凝固点也会有很大的变化。例如水中溶有盐，熔点（固液两相共存并平衡的温度）就会明显下降，海水就是溶有盐的水，海水冬天结冰的温度比河水低，就是这个原因。饱和食盐水的熔点可下降到约-22℃。

其实将水的冰点规定为32度，应该具有一定的偶然性。最先确定的两个点应该是冰水混合物的较低点和体温的较高点并做等分。然后确定了冰水的凝固点和沸点。

华伦海特做了两种温度计——一种装上酒精，另一种装上水银。从他在1724年发表的第一篇论文来看，他那时所用的温度计选用了两个固定点：结冰的盐水混合物的温度和人体的血液的温度，并把它们之间的间隔分为96度。从他1724年发表的第二篇论文来看，他还使用了以冰水混合物决定的第三个固定点。我们从这篇论文中引述如下：“那些温度计的刻度仅仅是使用在始于0度和止于96度的气象观察而已。这个刻度取决于三个固定点的测定，它们是用如下方法得到的：首先，最低点……是以冰、水和氯化铵或海盐的混合物来确定的，如果把温度计浸在这混合物中，则[温度计内]液体降落到记为零的点。这个试验在冬天比在夏天更成功。第二点是这样得到的，如果混合物是由水和冰混合而成，但没有刚才所说的盐；如果把温度计浸在这种混合物中，则温度将固定在32度……第三点是在第96度，如果温度计是放入健康人的口中或腋下，酒精就膨胀到这一点。”

在他的第五篇论文中，他说：“在解释关于一些液体的沸点的实验中，曾讲过那时发现水的沸点是212度；后来通过种种观察和实验，认识到这一点对于同一种水和在相同的大气重量下是固定的，但在不同的大气重量下它可能很不相同。”由此可见，在1724年的212度的数字是没有预先安排的；沸水纯粹是碰巧使水银柱升高到那一点。如果我们对华伦海特1724年的论文的解释是正确的，那正是同样偶然的原因才促使他把32度记为水的冰点，并把180度固定为水的冰点和沸点之间的度数。我们可以预料，在华伦海特后来的实践中，他的实验结果使他放弃了在他的第一篇论文中叙述到的两个固定点，并选择了水的冰点和沸点的温度作为更加方便的固定点。但是，我们没有直接的和可靠的信息来证明或者是他或者是他的阿姆斯特丹的合作者实际上走了这一步。在他赠送给C·沃尔夫的两个温度计的1714年的《博闻录》中的说明书表明，从结冰的盐水混合物到血液温度之间首先划分为24份，然后把这24份的每一份再更细地分为4份，全部就是96等份。

我们知道，水银的凝固点是-38.86 ℃(101325Pa 大气压)，与32无关。华氏将水的冰点作为32℉具有偶然性。

汞（Hydrargyrum）是化学元素，元素符号Hg，元素周期表第80位，在化学元素周期表中位于第6周期、第IIB族，俗称水银(mercury)，是常温常压下唯一以液态存在的金属（从严格的意义上说，镓（符号Ga,31号元素）和铯（符号Cs，55号元素）在室温下（29.76℃和28.44℃）也呈液态）。汞是银白色闪亮的重质液体，化学性质稳定，不溶于酸也不溶于碱。汞常温下即可蒸发，汞蒸气和汞的化合物多有剧毒（慢性）。汞使用的历史很悠久，用途很广泛。 在中世纪炼金术中与硫磺、盐共称炼金术神圣三元素。

2 为什么有1.8这个参数？

后来，瑞典人摄尔修斯又想出了一个办法。他把水结冰的温度作为0度。把水沸腾的温度作为100度。把0度与100度之间平分成100个格子。再用同样大小的格子，刻出0度以下和100度以上的度数。

华氏是是在水的冰点和沸点之间底了180个刻度，所以有

= ＝ 1.8

摄尔修斯创造的刻度办法，比华伦海特的简便得多，所以更受到人们的欢迎。用这个刻度办法制成的温度计，叫做摄氏温度计，量出来的温度就是摄氏多少度，用“℃”来表示。

100等分的优势：百分比表示方便。

180等分的优势：180是12的倍数，12进制可以很容易地四等分、三等分和二等分。

3 温度衡量史话

3.1 温度计的老祖宗

最早发明温度计的，是意大利的大科学家伽利略（1564～1642）。伽利略生活在16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。他发现了许多有名的物理定律，创造了不少科学仪器，温度计只是其中的一种。1593年，伽利略在做实验的时候，发现空气受了热要膨胀，遇到冷要收缩。他就利用空气热胀冷缩的性质，制造了一个空气温度计。这具温度计的老祖宗——空气温度计是怎么做的呢?

用一个像鸡蛋一样大小的空心玻璃球，连着一根细细的开口的玻璃管。先用手把玻璃球焐热，玻璃球里的空气就膨胀了，一部分从玻璃管溜了出来。这时候，把玻璃管倒插入一只装有水的瓶子里。当手离开玻璃球以后，玻璃球里的空气就冷却了，瓶里的水就上升到细玻璃管里来了。

一具温度计就这么做成了。天气热的时候，玻璃球里的空气就要膨胀，玻璃管里的水就会下降；天气冷的时候，玻璃球里的空气就要收缩，玻璃管里的水就会升高。只要用尺子量一下玻璃管里水的高度，就可以知道天气的冷和热的程度了。

3.2 裴迪南的改进

伽利略的温度计有个缺点，它要受大气压力的影响。

为什么呢?因为下面装水的瓶子不是密封的，大气压力老是压在瓶子里的水面上。即使天气的冷热没有发生变化，大气压力增大了，玻璃管里的水也会上升；大气压力减小了，玻璃管里的水也会下降。所以，这种温度计测的温度是不准确的。

伽利略有个学生，叫裴迪南，他设法改进了老师所创造的温度计。为了使温度计不受大气压力的影响，把盛水的瓶子密封起来。但是在这样密封的瓶里，空气的膨胀和收缩就不大明显了，于是他想是否可以用液体来代替空气，把液体装在连着玻璃管的空心球内，把玻璃管的一端密封起来，然后把它倒过来，这就成为了温度表的形状了。

裴迪南试验了许多种液体，发现酒精在受热或变冷的时候，体积变化很大。他就用酒精来代替空气，装在玻璃球里。再把玻璃球加热，让一部分酒精成为蒸汽。等到酒精蒸汽把玻璃管里的空气全赶跑了，就把玻璃管的口子封起来，第一个不受大气压力影响的真正的温度计，就是这样诞生的。人们只要用尺量一下玻璃管里酒精的高度，就知道温度的高低了。

后来，人们给温度计里的酒精染成了红色，观察起来就更加清晰了。通常用来测量气温的温度计，里面装的就是染红的酒精。

法国人布利奥在1659年制造的温度计，他把玻璃泡的体积缩小，并把测温物质改为水银，具备了温度计的雏形。

3.3 选择固定点并均分刻度来度量

以后荷兰人华伦海特在1709年利用酒精，在1714年又利用水银作为测量物质，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，最后把一定浓度的盐水凝固时的温度定为0℉，把纯水凝固时的温度定为32℉，把标准大气压下水沸腾的温度定为212℉，用℉代表华氏温度，这就是华氏温度计。

当华伦海特的温度计被荷兰人和英国人采用时，其他国家却迟迟看不到它的价值。法国人列缪尔（1683～1757）也设计制造了一种温度计（他不熟悉华伦海特的成就）。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质的优点。他反复实践发现，含有1/5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1000个体积单位增大到1080个体积单位。因此他把冰点和沸点之间分成80份，定为自己温度计的温度分度，这就是 列氏温度计。

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。但这一方案与人们的习惯相悖，1745年，也即摄尔修斯去世后的第二年，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，这种百分温标是创始者是摄尔修斯，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

3.3 不依赖于物质的温度体系

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。

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。

4 各式各样的温度计

根据测温物质、容器类别和测量方法等不同，温度计很很多类别。

转动式、半导体、热电偶、光测高温、液晶、数字、水银温度计。

气体、电阻、温差电偶、指针式、玻璃管、压力式温度计。

各咱温度计各有特点或其应用领域，如水银温度计和酒精温度计就各有千秋，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。

虽然温度能测量，但人们发现，温度只能表明你多冷多热，不能解释物体之间热的传递过程。比如两块煤都挺烫手，温度相同，但块头不同，加热的效果就不一样。也就是说，温度和热量其实是两回事，同样的温度，能热出不同的效果。

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