谁发明了温度计(温度计发展简史)

温度与我们的日常生活关系太密切了。老年人习惯了每天关注“新闻网”之后的“天气预报”节目。年轻人更喜欢直接在手机上查看天气的动态信息。伴随天气变化的温度往往决定了他们未来几天的衣着或行程。或者你自己的家人有些发烧，那么你自然会用体温计测量一下。今天我们来说说温度计的故事，首先是温度计的发明，其次是温标的建立，最后是温度计知识传入中国的过程。

温度计的发明

你可能想知道，在温度计发明之前，人类是如何表达温度的？很简单。用经验来形容。你可能还记得战国时期《列子·唐雯》中“两个孩子争天”的故事。一个孩子辩解说“近的人热，远的人冷”，“天刚开始凉，就像半夜探汤”。这是一个简单的经验描述。

当然，古人还发现了一种稍微先进一点的检测温度的方法，比如烧制陶瓷的“赵子”。那么什么是“赵子”？简单来说，就是窑工用来确定窑火温度的粘土胚。据景德镇陶瓷大学郑教授研究，魏晋南北朝时期有照片，但当时主要用于考釉色。到了宋元时期，照明技术已经成熟。通过观察光照的烧结程度，检测窑产品在最高烧结温度下保温时间的长短。这项技术完全依赖窑工的经验，无法定量准确检测。

温度计的发明是现代西方科学革命的产物，伽利略首先发明了一种利用空气体热胀冷缩原理的气体温度计。西方在探索气体热胀冷缩及其应用方面有着悠久的历史。早在古希腊，著名的亚历山大英雄就利用这一原理设计了一种寺庙自动开门机。伽利略的气体温度计非常简单。它是一个细长的玻璃管，一端有一个开口，另一端有一个鸡蛋大小的玻璃灯泡。

使用时，用手将玻璃灯泡覆盖上热量，然后将玻璃灯泡的一端放在地板上，将玻璃管垂直插入水中，形成一个简单的气体温度计。当外界空气空上升或下降时，玻璃管中的水柱就会下降或上升。如果你在玻璃管上做标记，你可以指示温度。虽然不清楚当时伽利略是如何标注温度的，但他在一本书里明确提到了度数。但是由于这种温度计会受到气泡内空气体温度和外界气压的影响，误差比较大。

伽利略博物馆现存的16世纪伽利略发明的气体温度计(图片来源:佛罗伦萨摄影档案馆)

受伽利略的启发，他的朋友、意大利帕多瓦大学的医学教授桑科里奥·散克托留斯于1612年发明了一种蛇形气体温度计。顶部的玻璃灯泡可以放入患者口中，从下面的水柱中查看患者体温的变化。这是世界上最早的温度计。

针对这种气体温度计的缺陷，1632年，法国医生让·雷伊(Jean Rey)第一次把伽利略的温度计翻过来，让玻璃泡在它下面，并把它装满水，水就是测温物质，温度通过玻璃管中的水柱反映出来。但是这个温度计的玻璃管是开在上面的，所以会受到水分蒸发的影响。

液体温度计随后的重大进展是由佛罗伦萨西缅托学院的创始人之一、托斯卡纳的斐迪南二世二世组织的。他们测试了各种液体，发现酒精的热膨胀效应很明显。同时，他们熔化并密封了玻璃管的上端，从而在1654年制造了世界上第一个独立于外部气压的温度计。

1714年，丹尼尔·加布里埃尔·华伦海特发明了水银温度计。他是气象仪器制造商，出生在德国，但大部分时间都在荷兰度过。水银温度计和酒精温度计各有优点。水银的沸点是357度，所以它可以测量更高的温度。但是，因为它的冰点是零下39度，所以不可能测出较低的温度。

比如中国内蒙古根河市，今年1月，气温连续几天低至零下50摄氏度。在这种情况下，水银是固体，所以自然不能使用水银温度计，但是可以使用酒精温度计，因为酒精的冰点是零下117摄氏度。与水银温度计相反，酒精温度计不能测量更高的温度，因为酒精的沸点是78度。沃伦·海特不仅发明了水银温度计，更重要的是，开始建立温度刻度。

温标的建立

温度标尺是温度数字化的标尺。建立温标，最重要的是找出几个参考点。1724年，沃伦·海特选择了三个参考点:为了避免温度出现负值，选择氯化铵、冰和水的混合物的温度为0度；冰和水的混合物的温度是32度；将体温计放在人的口腔或腋下，人体体温可达96度。后来又修改，把标准大气压下水的沸点确定为212度，这样水的冰点和沸点就是180度，这就是华氏温标。为了纪念沃伦·海特，华氏温标的单位被记录为℉。目前世界主要国家中，只有美国还在使用华氏温标。

目前，世界上使用最广泛的温标系统是由瑞典人安德斯·摄尔修斯建立的。他一生主要在乌普萨拉大学从事天文学研究，但他因参与温度测量而闻名。1742年，珀尔修斯在一篇论文《温度计上两个不动点的观察》中描述了他的温标系统。这个温标在标准大气压下把水的冰点和沸点分为100度，但当时他采用了冰点100度、沸点0度的方案，以避免低温带来的负面结果。

瑞典纪念珀尔修斯的邮票

然而，这个方案违背了人们的习惯。1745年，也就是珀尔修斯的后年，他的同事、瑞典植物学家卡尔·林奈将冰点和沸点的度数颠倒过来。这是我们现在使用的摄氏温标。然而，也有人说，是珀尔修斯的继任者马丁·斯特罗姆完成了这一逆转。无论如何，这个百分位温标的创始人是珀尔修斯。为了纪念他，摄氏刻度的单位被记录为摄氏度。很明显，1ℑ≠1℃是用绝对值来衡量的，因为摄氏刻度的100份就是华氏刻度的180份，它们之间有如下的换算关系:F=(9C/5)+32。

华氏温标和摄氏温标都依赖于温度计，或者像水银这样的测温物质。你能找到不依赖温度计的温标系统吗？当然可以。1848年，英国物理学家威廉·汤姆孙(后来的开尔文勋爵)建立了一个新的温度标度——绝对温度标度，单位为k，这个温度标度只有一个参考点，即绝对零度，这是极寒的状态。原子和分子的所有热运动都消失了，相当于摄氏温标上的零下273.15度，其划分区间与摄氏温标相同，所以它们之间的换算关系为:T(K)=t(℃)+273.15。

2015年7月20日，新疆吐鲁番，霍焰山景区巨型电子温度计显示的适时地表温度接近65℃

温度计传入中国

清朝康熙年间，来华传教士首次将温度计相关知识介绍到中国。1664年，比利时耶稣会传教士南怀仁在《灵台图》中画出了他的温度计。灵台就是天文台，当时的地址是今天北京建国门西南侧的古天文台。

1671年，费迪南德·韦尔比斯特完成了《气体验证图解》，重点是温度计的制造、使用和原理。他做的温度计在木架上立着一个U形玻璃管。U型管的左上端连接有玻璃球，右上端开口。U形管充满水，直到水平高度(比如烧酒)。当玻璃球内的气体在外界温度的影响下膨胀或收缩时，液体会在U型管的右臂或左臂上升，左右臂旁有刻度表示温度。显然，这是一种气体温度计。由于费迪南·韦尔比斯特在校准理论中采用了“天地之间有三个域”的错误理论，未能及时吸收欧洲现有的实验研究，这种温度计不具备实际测量功能。

费迪南·韦尔比斯特制造的温度计

继费迪南德·韦尔比斯特之后，很可能是来到中国的法国耶稣会士约阿希姆·布维特留下了一份手稿《验气论与量热仪》，现藏于梵蒂冈图书馆。中国科学技术大学的史云丽教授推测，这可能是他向康熙帝讲解西方科学的讲义之一。在这份资料中，不仅介绍了德国的奥托·冯·格里克和英国的罗伯特·波义耳在温度计研究方面的新进展，还对新旧温度计进行了比较。其中，旧温度计是气体温度计，新温度计是斐迪南二世发明的水银温度计。

引进和传播西方知识的过程非常复杂。一方面，我们不能高估清初传教士与皇帝的互动。温度计、气压计等。康熙年间传入紫禁城的乐器，雍正、乾隆至今仍为之不解，因为早年的那些乐器早已束之高阁。另一方面，我们也不能低估好学的人吸收和模仿的能力。比如清初的黄鲁庄，在扬州时，“因太溪几何比例，转而研究机轴”，制造了许多奇器，其中就有“温度计”。黄鲁庄制作温度计的知识很可能来源于西学，至于其流传，则无从考证。

最后，随着科学技术的发展和实际测温条件的需要，诞生了各种各样的温度计，大致可以分为接触式和非接触式。在接触式温度计中，有像水银温度计这样的膨胀温度计，也有利用电阻随温度变化的热电阻温度计。在非接触式温度计中，有利用物体热辐射测量温度的辐射式温度计，也有利用红外辐射引起元器件温度变化的红外温度计等。■