热与冷的测量

18 世纪是热学的真正开端，首先是计温学在这一时期迅速地发展起来。

尽管伽利略、盖利克、让·莱伊以及西门图学院的院士们已在 17 世纪发明了第一批验温器并不断作了改进，但它们仍不便于得出定量测定的结果，不同

验温器中的不同测温质、不同固定点、以及刻度的随意性等使这些验温器只适于对该处温度涨落作相对的估计。

出生巴黎的阿蒙顿，先后独立研究过天体力学、物理学、数学、建筑学。他早年就变成了聋子，这给他的生活带来诸多不便，也使他无法找到职业。但阿蒙顿并没有为这个不幸而感到痛苦万分和悲观失望，他认为能不能听到声音无法阻挡他心爱的研究工作，他甚至乐观地从这不幸中看到了有幸的成分，因为可以不受外界干扰，而专心致志地从事实验研究。

1703 年，阿蒙顿提出了气体测温计的一个有趣的结构，这是一个外形呈U 字形的固定体积的温度计，主要利用空气的压强来测量温度。

阿蒙顿在 U 形玻璃管的较短的一臂上连接一个空心玻璃球，较长的一臂长 45 英寸。将水银注入 U 形管中并进入玻璃球的下部。测温时用水银始终保持球内空气的体积不变，而用两边水银面的高度差——即球内定容气体的压强与大气压强之差来量度温度。

阿蒙顿将玻璃球先放入冰中，然后再放入沸水中，记下了这两种情形下的水银面的差值（以英寸为单位），并假定玻璃球内空气的压强正比于温度而变化，从而使他能够依据长臂中水银面的位置来确定任意温度。

但是，由于阿蒙顿只选择了水的沸点作为一个固定点而并不了解水的沸点受大气压的影响，所以他的温度计并不十分准确；加之这种温度计的结构，用于实际目的也不方便，所以还不是实用的温度计。

在计温学的发展史上，第一只实用的温度计是由德国迁居荷兰的玻璃工匠华伦海特于 1709 年开始制造的。华伦海特迁居荷兰后，学习和掌握了制作玻璃器皿的技术，成为一个气象仪器制造商。1708 年，他到丹麦首都哥本哈根旅行，看到了罗默制作的温度计。回到荷兰后，他就开始制作罗默温度计。在了解到阿蒙顿利用水银制造的温度计后，华伦海特也改用水银代替酒精，并开始研究温度计的精密结构。

华伦海特制造实用的温度计深受阿蒙顿工作的影响，这从他提交给《哲学学报》的一篇论文中充分地反映出来。华伦海特写道：“我从巴黎皇家学会出版的《科学史》获悉，著名的阿蒙顿曾用自己发明的温度计发现水能在某一固定温度下沸腾的原理。我心中立即产生了一种愿望，很想自己做一个类似的温度计，俾能亲眼看到那瑰丽的自然现象并证实他的实验的正确性。”然而制造出实用的温度计虽不是一件易事，却是一件十分迫切需要的

事。当时，荷兰的阿姆斯特丹市出现了少有的严寒，几乎每条街的屋面上都是皑皑白雪。

华伦海特家来了两位老人，一进屋就发生了争论：一位说，“即使年岁再大的老人也不记得有过这样的严寒了。”另一位则不服气地说，“可是到底谁知道今年是不是最冷呢？很可能，几百年前的冬天要比我们今年的冬天还要冷呢？要是我们不在人世的话，不知道今后是什么情况呢？”此时，年仅 23 岁的华伦海特也加入到争论中来。他目光炯炯，颇动感情地说：“我找到了一个办法，有了这个办法，在许多年之后，我们的子孙们可以说出到底哪个冬天最冷了。”

两位老人都笑了起来，异口同声地说：“你有什么好办法呢？”华伦海特很有礼貌地站起身，用手向外一指，“请原谅，到我的小工场去参观一下吧！”两位老人随华伦海特向一所房子走去。他们所见到的东西使他们大为吃惊。一个很大的熔铁炉占去了大半个房间，炉旁是垛成堆的大大小小的管

子、一个小熔炉以及许多五花八门的玻璃仪器。

华伦海特把老人领到桌前，桌上摆着一些器皿，器皿上安装着一些细高细高的、底部封闭的玻璃管。管子里有的装着带色的酒精，有的则装着水银。

“请看！”华伦海特用手摸着一个小管子说，“我在这根玻璃管里充满了酒精。”他用手指着另一个小管子说，“在这根管子里注入了水银。”华伦海特继续说，“请注意，在这两个管子上都有刻度。当我把这两个管子浸到热水里时，酒精或水银都会升高。而我标定 0°点的地方是我把管子浸在冰、水、氯化铵的混合液体里时，酒精和水银停止的地方，这是我所能得到的最低温度。因此，我认为即使是最寒冷的冬天，也可用这些温度计表示出来。”

“不可思议”其中一位老人耸了耸肩，“怎么能拿玻璃皿里的冷与上天安排来折磨整个世界的严冬相比较呢？”

“可以比较，可以！”华伦海特一点儿也不让步，“温度计中的酒精或水银是活动的，将温度计放在室外可以表示温度的变化。酒精或水银柱的高度在冬天比夏天要低，没有一个冬天能使酒精或水银下降到像在这个混合液里一样低。”⋯⋯

华伦海特送走了两位老人，继续进行温度计的研究。1724 年，他在皇家学会的刊物《哲学学报》上发表了制造温度计的方法，即发表了关于实用温度计的第一篇论文。他那时所设计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。在华伦海特后来发表的论文中，他又采取了不同的的刻度法，其中最后一个刻度法后来以他的名字命名。这个刻度法规定了三个固定点：冰、水和氯化铵的混合温度，用 0°来表示；冰、水混合温度，用 32°标出；水的沸点，为 212

°。

当华伦海特的温度计被荷兰和英国人采用时，其他国家却迟迟看不到它的价值。而法国博物学家列奥米尔为了消除刻度不一致的困难，致力于制造一个既方便又能达到精确要求的温度计。他只取一个定点，即雪的熔点为 0 度，而把酒精体积改变 1/100 的温度变化作为 1°，这样水的沸点就为 80°。但是，列奥米尔温度计的实用效果并不很好，各种各样难于置信的读数都被显示出来。

1742 年，瑞典天文学家摄尔修斯在《对一个寒暑表上两个固定点的观察》一文中引入了百分刻度法。他用水银作测温质，研究了雪的融化点和水的沸点与大气压力的关系。在进行这个试验时，他将温标上这两个点之间分成一百个格并把水的沸点定为 0°，冰的溶点定为 100°。后来他接受同事斯特雷姆的建议，也可能受到植物学家林耐的提醒，把这两个定点的标度值对调过来。

以上各种温度计中，摄氏温度计较实用、方便。1948 年第 9 届国际计量大会，把百分刻度法定名为摄氏温标。它有两个定点：纯水在标准大气压下的沸点，冰在标准大气压下与由空气饱和的水相平衡时的熔点。1960 年第 11 届国际计量大会决定，把水的三相点温度作为热力学温标的单一定点，并定为 273.16K。