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  《科技与我们零距离》之十二 话说“温度计”           
《科技与我们零距离》之十二 话说“温度计”
作者:佚名 文章来源:不详 更新时间:2007-4-10 0:05:25

《科技与我们零距离》之十二 话说“温度计”


一、温度

温度是表示物体冷热程度的物理量,从微观本质上来说温度标志着物体内部大量分子无规则运动的剧烈程度。如果要进一步对温度作一严格而科学的定义,还必须从微观的角度作定量的分析,应该是这样定义的:温度是大量分子的平均平动动能的量度。

二、温度计的发明

温度是一个基本物理量,自然界的一切过程和生命活动都与温度密切相关,温度计的发明使人类获得了一把打开自然密室之门的钥匙。这件发明的意义还在于,借助与人无关的自然现象,把人类无法感知的物理量变成可以识别的信号,它标志着科学仪器的诞生。

温度计的发明是在1593年,发明者是意大利科学家伽里略。1616至1636年间,与伽里略有学术交往的意大利科学家桑克托里斯将温度计的形状做了改进,并首次在临床用于测量病人体温。

但是,当时的温度计使用的是气体温度计,测量精度不理想。1709年,德籍荷兰物理学家华伦海特发明了酒精温度计;1714年,又用水银代替酒精,从而在温度计的标记方面取得了关键性进展。同时,华伦海特制定了第一个标准温标,即华氏温标。华氏温标的标定是以冰和食盐的混合物所能达到的最低温度为零点,从而得到水的冰点是32.F,沸点是212.F,两者之差为180.F,这是第一个精确标定的温度计计量标准。

1742年,瑞典天文学家摄尔西乌斯发表了他所设计的另一种温标,即摄氏温标。摄氏温标开始时将水的沸点定为0℃,冰点定为100℃,后来又将其颠倒过来,从而形成此后世界通用的百分温标。

由于18世纪温度计在技术上的一系列发展和改进,19世纪时的临床医学家又开始探讨其在人体上的应用。1852年,苏格兰医生艾特肯制作并使用一种有10英寸长的温度计;1865年,英国生理学家林格发表了对麻疹和肺结核病患进行体温测量的报告;1871年,莱比锡医学家文德利希将他长期对大量病人进行体温测量的经验进行了总结,写成《关于疾病的体温:医用温度测量法指南》。然而,真正使体温计在临床医学中得到普遍采用的是英国医学家奥尔伯特,他于1866年自制了一个6英寸长的体温计,该体温计5分钟内可测得最大值。不久他又将长度缩短到了3英寸,这就是现代体温计的原型。此后的100余年体温计基本没有多大的变化。

三、温度测量仪表的分类

温度测量仪表按测温方式可分为接触式和非接触式两大类。

接触式温度计 在测量时必须将温度计接触被测体系,待达平衡后,由测温物质的物理参数来反映所测的温度值。通常来说接触式测温仪表测温仪表比较简单、可靠,测量精度较高;但因测温元件与被测介质需要进行充分的热交换,需要一定的时间才能达到热平衡,所以存在测温的延迟现象,同时受耐高温材料的限制,不能应用于很高的温度测量。

非接触式温度计 在测量时与被测物质并不接触,而是利用被测物质所反射的电磁辐射,根据其波长分布或速度和温度之间的函数关系进行温度之间测量的,测温元件不需与被测介质接触,测温范围广,不受测温上限的限制,也不会破坏被测物体的温度场,不干涉被测体系,无滞后现象,反应速度一般也比较快;但受到物体的发射率、测量距离、烟尘和水气等外界因素的影响,其测量误差较大,精度不高。

四、温度计的种类

1.液体温度计 液体温度计的工作原理是利用液体的热胀冷缩的性质而制成的。液体温度计里的工作物质,常用的是水银和酒精,所以就称之为水银温度计、酒精温度计。而学生实验用的温度计中,一般装的是煤油。煤油的沸点高于150℃,凝固点低于-30℃。从中学物理实验经常要测量的温度范围来看,煤油温度计比酒精温度计更合适。

常用的液体温度计中还有医用的体温计和家用的寒暑表。医用体温计测量的范围是35℃到42℃,可以精确到0.1℃;一般的家用寒暑表的测量范围-25℃~50℃。

2.气体温度计 气体温度计是利用气体的某些性质(如体积或压强)随温度改变的特点制成的,一般用氢气或氮气制成。这种温度计准确度高,测量范围广,多用于精密测量。

3.电阻温度计 电阻温度计是利用金属或半导体的电阻随温度而改变的性质制成的。由于这种温度计测量精确,往往用作测量温度的标准仪器。

4.热电偶温度计 热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成,而且不受大小和开头的限制,外有保护套管,用起来非常方便。热电偶测温基本原理将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来,构成一个闭合回路。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时,两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。

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