《高中物理 第四章 氣體 第1節(jié) 氣體實(shí)驗(yàn)定律 溫度計(jì)發(fā)展簡介素材 魯科版選修3-3（通用）》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高中物理 第四章 氣體 第1節(jié) 氣體實(shí)驗(yàn)定律 溫度計(jì)發(fā)展簡介素材 魯科版選修3-3（通用）（4頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、溫度計(jì)發(fā)展簡介 1593年，伽利略發(fā)明了第一支空氣溫度計(jì)。這種氣體溫度計(jì)是用一根細(xì)長的玻璃管制成的。它的一端制成空心圓球形；另一端開口，事先在管內(nèi)裝進(jìn)一些帶顏色的水，并將這一端倒插入盛有水的容器中。在玻璃管上等距離地標(biāo)上刻度。這樣，當(dāng)外界溫度升高時(shí)，玻璃球內(nèi)氣體膨脹，使玻璃管中水位降低；反之，溫度較低時(shí)，玻璃球內(nèi)氣體收縮，玻璃管中的水位就會(huì)上升。伽利略的一位朋友、帕多瓦大學(xué)醫(yī)學(xué)教授桑克托留斯，一直在關(guān)注著伽利略研制溫度計(jì)的進(jìn)展。當(dāng)他看到世界上第一支空氣溫度計(jì)后，按照自己的設(shè)想和診病需要，對(duì)氣體溫度計(jì)進(jìn)行了改進(jìn)，在1600年制成了世界上第一支體溫計(jì)。第一支空氣溫度計(jì)雖能測(cè)定溫度，但人們發(fā)現(xiàn)它的測(cè)
2、定結(jié)果并不精確，因?yàn)闅怏w溫度計(jì)下端是與大氣相通的，玻璃管中的水位高度不僅受到空心球中空氣溫度的影響，而且還受到大氣壓強(qiáng)的影響。也就是說，即使溫度不變，玻璃管內(nèi)的水的高度也會(huì)有所差異。此時(shí)，伽利略手頭的其他研究工作十分繁忙，他沒有精力對(duì)空氣溫度計(jì)進(jìn)行改進(jìn)。他的學(xué)生斐迪南在老師的指導(dǎo)下，決定用液體代替空氣溫度計(jì)中的空氣。1654年，斐迪南經(jīng)過對(duì)各種液體的試驗(yàn)之后，研制出了世界上第一支酒精溫度計(jì)。它是往玻璃球里注適量酒精，再加熱玻璃球，用酒精蒸氣趕跑玻璃管中的空氣，然后迅速把玻璃管口封死。這樣，它就可以避免大氣壓強(qiáng)的影響?？墒?，經(jīng)過一段時(shí)間的使用，人們發(fā)現(xiàn)，酒精溫度計(jì)也存在不足之處，即當(dāng)用它測(cè)開水的
3、溫度時(shí)，溫度計(jì)內(nèi)一片模糊。原來，水的沸點(diǎn)是100，酒精的沸點(diǎn)是78，因此將酒精溫度計(jì)置于開水之中時(shí)，酒精早已變成氣體了。顯然，只有用高沸點(diǎn)的液體代替酒精，才能解決這一問題。1659年，法國天文學(xué)家布里奧，利用水銀沸點(diǎn)較高的特性，制成水銀溫度計(jì)。這種溫度計(jì)可測(cè)得357的高溫，也可測(cè)得-39的低溫。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)測(cè)溫儀器的要求越來越高。到了19世紀(jì)末20世紀(jì)初，許多科學(xué)家運(yùn)用各種物理原理，發(fā)明了多種形式的新型溫度計(jì)，如電阻式溫度計(jì)、輻射式高溫計(jì)、光測(cè)高溫計(jì)、氫溫度計(jì)等。這種溫度計(jì)的缺點(diǎn)是管中液柱的升降變化還要受到大氣壓變化的影響，因此誤差比較大最早的溫度計(jì)是在1593年由意大利科學(xué)家伽
4、利略(15641642)發(fā)明的。原理：利用同溫度下, 不同比重的液體分開置於小球中, 比重小球內(nèi)包含有色液體，至於玻璃容器。當(dāng)液體的溫度改變，它們的密度會(huì)隨之改變，并且那些懸浮的小球也會(huì)上升或下降到一個(gè)與周圍的液體密度相等的位置。 如果重物有差異少，排列為最低密度的在上面，最高密度在底部，這樣便形成溫度標(biāo)度。溫度一般是讀取自一個(gè)被刻記的在各重物上的金屬圓盤。頂面重物的最低重物是表示四周的溫度。 他的第一只溫度計(jì)是一根一端敞口的玻璃管，另一端帶有核桃大的玻璃泡。使用時(shí)先給玻璃泡加熱，然后把玻璃管插入水中。隨著溫度的變化，玻璃管中的水面就會(huì)上下移動(dòng)，根據(jù)移動(dòng)的多少就可以判定溫度的變化和溫度的高低。
5、這種溫度計(jì)，受外界大氣壓強(qiáng)等環(huán)境因素的影響較大，所以測(cè)量誤差大。后來伽利略的學(xué)生和其他科學(xué)家，在這個(gè)基礎(chǔ)上反復(fù)改進(jìn)，如把玻璃管倒過來，把液體放在管內(nèi)，把玻璃管封閉等。比較突出的是法國人布利奧在1659年制造的溫度計(jì)，他把玻璃泡的體積縮小，并把測(cè)溫物質(zhì)改為水銀，這樣的溫度計(jì)已具備了現(xiàn)在溫度計(jì)的雛形。以后荷蘭人華倫海特在1709年利用酒精，在1714年又利用水銀作為測(cè)量物質(zhì)，制造了更精確的溫度計(jì)。他觀察了水的沸騰溫度、水和冰混合時(shí)的溫度、鹽水和冰混合時(shí)的溫度；經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)與核準(zhǔn)，最后把一定濃度的鹽水凝固時(shí)的溫度定為0，把純水凝固時(shí)的溫度定為32，把標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水沸騰的溫度定為212，用代表華氏溫度
6、，這就是華氏溫度計(jì)。在華氏溫度計(jì)出現(xiàn)的同時(shí)，法國人列繆爾(16831757)也設(shè)計(jì)制造了一種溫度計(jì)。他認(rèn)為水銀的膨脹系數(shù)太小，不宜做測(cè)溫物質(zhì)。他專心研究用酒精作為測(cè)溫物質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)。他反復(fù)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，含有1/5水的酒精，在水的結(jié)冰溫度和沸騰溫度之間，其體積的膨脹是從1000個(gè)體積單位增大到1080個(gè)體積單位。因此他把冰點(diǎn)和沸點(diǎn)之間分成80份，定為自己溫度計(jì)的溫度分度，這就是列氏溫度計(jì)。1632年，法國物理學(xué)家雷伊（JRay）第一個(gè)改進(jìn)了伽利略的溫度計(jì)。他將伽利略的裝置倒轉(zhuǎn)過來，將水注入玻璃泡內(nèi)，而將空氣留在玻璃管中，仍然用玻璃管內(nèi)水柱的高低來表示溫度的高低。由于這項(xiàng)改進(jìn)使水成了測(cè)溫物質(zhì)，實(shí)際上這成了
7、第一只液體溫度計(jì)。它的缺點(diǎn)在于，向上的管口沒有封閉，由于水會(huì)不斷蒸發(fā)，會(huì)影響到測(cè)量的準(zhǔn)確性?？茖W(xué)家就在玻璃泡和玻璃管的相對(duì)大小上進(jìn)行研究，以減少這種蒸發(fā)，使液體能在一年的過程中在整個(gè)玻璃管的長度內(nèi)升降。盡管從今天的角度看來這種努力的方向不大對(duì)頭，但從溫度計(jì)發(fā)展完善的全過程來看，這種努力是有價(jià)值的，也是必然會(huì)出現(xiàn)的。沒有當(dāng)初在各個(gè)方面想方設(shè)法的改進(jìn)，就不會(huì)有今天的完善。1657年，佛羅倫薩西曼托（Cimento）科學(xué)院的成員們提出了密封管子的思想，并建議用酒精取代水作為測(cè)溫物質(zhì)，從而使最早的溫度計(jì)進(jìn)入了較為實(shí)用的階段。測(cè)溫物質(zhì)的研究和確定除上述用酒精取代水作測(cè)溫物質(zhì)的嘗試外，1659年法國天文學(xué)
8、家布里奧（IBoulliau）制造一個(gè)溫度計(jì)，第一次使用水銀作測(cè)溫物質(zhì)。他本人從1658年5月起至1660年9月，連續(xù)進(jìn)行了兩年多的溫度觀察記錄，僅次于開始于1655年的佛羅倫薩的溫度觀察記錄，成為現(xiàn)存最古老的溫度記錄之一。但到了18世紀(jì)，法國的勒奧默有鑒于水銀的膨脹系數(shù)小，曾強(qiáng)烈反對(duì)使用水銀作測(cè)溫物質(zhì)。他致力于制造一個(gè)既方便又能達(dá)到精度要求的酒精溫度計(jì)。但由于他的溫度計(jì)結(jié)果不好，并且不同的溫度計(jì)也不一致，日內(nèi)瓦的德呂斯（17271817）又恢復(fù)使用水銀，并以一個(gè)物理學(xué)家的身份熱情地呼喊：“自然界給我們這個(gè)礦物肯定是為了做溫度計(jì)”。1747年，荷蘭的穆欣布洛克還發(fā)明一種特殊溫度計(jì)，它是利用金屬
9、細(xì)桿的膨脹和收縮原理制成的。35年后韋奇伍德發(fā)明的高溫計(jì)利用的正是這一原理。1815年，杜隆和珀替還比較了水銀溫度計(jì)和空氣溫度計(jì)。他曾假定各個(gè)水銀溫度計(jì)彼此都是一致的，但勒尼奧證明，事情并非如此。勒尼奧還證明，在0和100之間，空氣溫度計(jì)和普通軟玻璃水銀溫度計(jì)非常接近，但空氣溫度計(jì)的中間刻度落后于水銀溫度計(jì)約02左右。在250時(shí)，水銀溫度計(jì)的讀數(shù)比空氣溫度計(jì)高半度以上；在300時(shí)兩種溫度計(jì)的差別已達(dá)1；350時(shí)差別達(dá)30。奧爾舍夫斯基還比較了氫溫度計(jì)和水銀溫度計(jì)，發(fā)現(xiàn)在低溫情況下，氫溫度計(jì)還是十分可靠的，當(dāng)-220時(shí)，它們的誤差不大于1。究竟什么物質(zhì)作測(cè)溫物質(zhì)好，在一個(gè)時(shí)期內(nèi)，物理學(xué)家的認(rèn)識(shí)是
10、相當(dāng)混亂的。那時(shí)他們用“均勻膨脹與否”作為判斷理想測(cè)溫物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)，如那時(shí)常聽人說“水銀溫度計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是水銀會(huì)均勻地膨脹”，“空氣溫度計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是空氣會(huì)均勻地膨脹或近似均勻地膨脹”。然而被用來確立這種均勻性的參考標(biāo)準(zhǔn)就很難給出，因?yàn)樵瓌t上我們可以取任何一種物質(zhì)作為標(biāo)準(zhǔn)，然后就把那種物質(zhì)的相等增量定義為溫度的相等增量。但問題在于，若選定一種物質(zhì)（比如水銀）作為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)后，若斷言該物質(zhì)會(huì)“均勻”膨脹，這就武斷了。況且當(dāng)兩種測(cè)溫物質(zhì)比較時(shí)，如果水銀是任定的標(biāo)準(zhǔn)，則空氣就不是完全均勻地膨脹，反之亦然。這種差別直到1848年才由開爾文勛爵第一個(gè)揭示出來。他建立了溫度的“絕對(duì)熱力學(xué)溫標(biāo)”，該溫標(biāo)不依賴于任何一種特定物質(zhì)的特定性質(zhì)，為溫度計(jì)構(gòu)成了一個(gè)比任何特定溫標(biāo)要好得多的基礎(chǔ)。按照這個(gè)我們現(xiàn)在的最終的參考溫標(biāo)，空氣溫度計(jì)所給出的讀數(shù)很近似于它。
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