主题：【吱一声】谈谈温度 （前言） -- 不爱吱声
家园 【吱一声】谈谈温度 （前言） 给儿子喂饭的时候，饭有点热，结果本来不爱吱声的儿子跟我咿咿呀呀地吱了半天声，还好及时逃离现场，只听到领导的一声怒吼，“这么热，你也不等凉一凉再喂！”
我当时没敢吱声，不过领导的教训我实在不服！因为首先我并没觉得很“热”，其次谈“凉热”，我应该是更有发言权的。因为我曾经被迫看了一些比较“热”门的关于热的书，上了一些比较“热”闹的关于热的课，甚至挺“热”火朝天的研究了一阵子“热”。
“这么热，你也不等凉一凉再喂！”这句话真是很有趣，里面还真包含了不少道理。首先，“热”和“凉”说明这是个相对的感念，其次他们能过互相转化。我们家领导喜欢说饭是热的，不过我记得书上更多的是说：饭的温度比小孩所能承受的温度高。我比较喜欢后一种说法，因为他听起来更准确（虽然实际上不见得）。总之我想到了温度，那我们就来谈谈温度。
本帖一共被 1 帖 引用 (帖内工具实现)家园 几天不吱声，一吱就如有如滔滔江水，绵绵不绝！ 又看到你了，别只顾着科普，有空写点体育评论什么的，俺爱看！
家园 【吱一声】温度计简史（上) 温度计顾名思义就是用来定量地测量系统温度的仪器。这里说到系统，而不是物体，正是因为温度计得工作原理决定其不可避免地要接触，要“热平衡”，所以温度计测量的只能是温度计与所测物体的系统的热平衡状态。另外，最容易的测量方法，当然是找到一种物质，有某种容易测量的性质能随温度有规则的改变，而这种最简单的规则当然就是线性规则了。当然了大家都知道线性能有两个独立参数。于是制造温度计的方法就有了。
最早的温度计是伽利略（Galileo)于1610年发明的。那就像一个大灯泡有个又细又长的管子一端伸到装着红葡萄酒的容器里。此外灯泡里的空气比较稀薄。实际上现在好多名贵的葡萄酒瓶子的风格很有点第一个温度计的样子。后来，也不知是谁象Highway那么嗜酒，居然将里面的红葡萄酒喝了，为了掩人耳目还换成了“红墨水”，于是从此以后温度计里就再也没装过红葡萄酒了，就是装了也不当温度计卖，而是当高档葡萄酒卖了。大家在高中物理中就学过了稀薄气体的状态方程，知到气体在压力不变的情况下体积变化与温度变化成正比，这正是第一个温度计的工作原理，至于是葡萄酒还是红墨水到不重要，就是为了带色(shai3)的能引起人的兴趣（读起数来方便）而已。细长的管子的作用，大家当然一定能想到（千万不要想歪了），我就不罗嗦了。总之，大家以后喝高档葡萄酒的时候别忘了伽利略。
在1641年，第一个封闭的液体温度计诞生了。这得归功于Ferdinand二世，他是当时的托斯卡纳大公。他的温度计是将酒精密封在细长的玻璃容器里，利用酒精的热胀冷缩特性。上面一共有五十个刻度，但并没有固定的零度。反正，还是没离开酒，我想主要是当时可乐还没有发明的缘故，否则没有道理不先想到用可乐呀？
三年以后，罗伯特胡克（Robert Hook）也是当时的皇家科学院馆长对其进行了改进，他将酒精中加入了红颜料，然后精确地进行标定，于是人们有了第一个温度标准。人们不用只说热还是冷了，而人们可以说你的温度导致了多少酒的变化了！当然了胡克也不是靠标定酒精出得名，他最重要的贡献还是在于描述物体线弹性应力应变关系的胡克定律!
1702年,哥本哈根的天文学家Ole Roemer使用了冰水混合物，和水的沸点分别作为参考点制成温度计。在1708-1709年，使用此温度计来进行日常的温度测定的。
相约在1724年，大约在冬季，一位阿姆斯特丹的仪器制造商，名字叫Gabriel Fahrenheit第一次使用了水银作为温度计里的液体物质。由于水银的热膨胀系数比较大而且更均匀，同时水银会在很大的温度范围内保持液态。再说了，银色也好认，至少对红绿色盲的人来说. 然后他将它的温度计进行了标定，就是著名的华氏温标了。这个温标中，冰水混合物是32度，水的沸点是212度。[注：华氏温标的标定]
在1745年，瑞典人Carolus Linnaeus标记水的冰点是零度，沸点是100度。这种温度标记的英文名字是centigrade scale，也就是100步（one hundred step)的意思.
到了1948，Centigrade scale被科学家进行了改进与重新标定，就是今天的摄氏温标了[degrees Celsius (° C)].在这个温标下，水的冰点为0.01度,水的沸点在标准大气压下是99。975 C,相当于Centigrade scale下的一百倍。
下面讲讲温度计后来的发展情况，以及一些其他类型的温度计。
【注：华氏温标的标定】
Fahrenheit在他的文章【1】中描述了他的标定方法（这里引用了原文）
"placing the thermometer in a mixture of sal ammoniac or sea salt, ice, and water a point on the scale will be found which is denoted as zero. A second point is obtained if the same mixture is used without salt. Denote this position as 30. A third point, designated as 96, is obtained if the thermometer is placed in the mouth so as to acquire the heat of a healthy man."
用这个标定，Fahrenheit测量了水的沸点是212. 后来，他调整了水的冰点为32度，这样水的冰点和沸点之间就有180度，因为这个看上去很美！这就是目前使用的华氏温标的由来。至于用华氏还是摄氏，觉得完全是个人习惯的问题。反正，现在我知道我们家温度是70华氏左右比较舒服，天气在20度就太冷了，90度一上太热了！
华氏于摄氏的转换关系为：
° F = 1.8° C + 32
【1】D. G. Fahrenheit,Phil. Trans. (London) 33, 78, 1724
本帖一共被 1 帖 引用 (帖内工具实现)家园 关于华氏温度也加句嘴。 相约在1724年，大约在冬季，一位阿姆斯特丹的仪器制造商，名字叫Gabriel Fahrenheit第一次使用了水银作为温度计里的液体物质。由于水银的热膨胀系数比较大而且更均匀，同时水银会在很大的温度范围内保持液态。再说了，银色也好认，至少对红绿色盲的人来说. 然后他将它的温度计进行了标定，就是著名的华氏温标了。这个温标中，冰水混合物是32度，水的沸点是212度。依稀记得华氏温标是以氨水的冰点(开始结冰的温度)为0F，人体的正常体温为100F。不过不知道记忆是否确切。
还有，确切不会记错的是转换公式： 摄氏＝（华氏-32）* (5/9)。 俺的偷懒估算法是：摄氏＝(华氏-30)/2
。有误差，但用在日常生活中是可接受的。家园 来美国这么多年了，对氟式度还是没有感觉。比如人家说今天气温75度， 我就不知道是冷还是热，因该穿多少衣服。
大概的概念就是上了95度就比较热了，100度以上就是高温了。到了30度左右就比较冷了，可能要结冰，室外的花木就要小心了。
家园 【吱一声】谈谈温度 （一：温度是什么--初步？） 温度到底是什么？这个问题大家可能谁都能回答上来，但真问起来她的本质是什么，可真不见得每个人都能回答上来。
定性上日常人们会说，一个物体的温度就是当人们与物体接触的时候对其冷热的感知程度。所以说到底冷热是主观的，温度是客观的，因为温度是对人们主观冷热感知的客观量度。尽管上面的说法并不准确，因为即使与“人”不能接触的物体我们知道也是有温度的。但是它说明了关于温度的一个基本道理：就是你想测量温度，那么没有别的办法只有接触。而这正是众所周知的热力学第零定律（又叫温度存在定律）所讲的。
热力学第零定律――如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡(温度相同)，则它们彼此也必定处于热平衡。
这下好了，我可以在喂儿子饭的问题上为我自己辩护了。因为在喂儿子之前，我尝了一下觉得并不热，儿子和家里面领导却觉得热，那么到低热不热呢，我们有了这个定律就好办了。因为它说明了温度的定义和温度的测量方法。
1.可以通过使两个体系相接触，并观察这两个体系的性质是否发生变化而判断这两个体系是否已经达到平衡。2.当外界条件不发生变化时，已经达成热平衡状态的体系，其内部的温度是均匀分布的，并具有确定不变的温度值。3.一切互为平衡的体系具有相同的温度，所以，一个体系的温度可以通过另一个与之平衡的体系的温度来表达；或者也可以通过第三个体系的温度来表达。
于是人们可以以此来制作工具来对温度进行测量，而不是以家领导的感觉为准了（虽然实际上没啥差别！）于是我开始正经的考虑温度计的问题了。