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第48章 水的冰点

如果我们感冒发烧了,首先要做的就是拿起温度计,量一量自己的体温是多少。天气变冷了,气象台的天气预报会告诉我们今明两天的气温如何,提醒我们该多穿一些衣服。夏天屋里太热了,打开空调,我们首先要在遥控器上设置好所需的温度。买来的冷冻食品放入冰箱,也要预先设置好温度。

看来,我们的日常生活处处都离不开温度。不过你是否知道,温度这一概念是怎么来的?

古代时人们并不懂得什么温度,他们只有冷和热的体验,例如在冰雪天感觉冷,在夏季骄阳下感觉热,烤火时感觉热得发烫……此外,他们还注意到水冷到一定程度会结冰,热到一定程度会蒸发成水汽,一些物体受热时会膨胀,冷却后会收缩等。

16世纪的意大利科学家伽利略想到,可以利用空气的热胀冷缩现象来衡量冷热变化程度。他将一根只有一端密封、盛有热空气的玻璃管倒竖在水盆里,当天气变冷时,管内的空气体积缩小,便将水吸入管中,使水位升高;当天气变暖时,空气受热膨胀,便将水位压低。伽利略在玻璃管上标上刻度,制成了人类最早的温度计。他当时并不知道,盆中的水敞露在大气里,而大气压经常在变化,即使温度不变,气压的变化也会使温度计的水位发生改变。

后来有人发明了一种不受气压影响的温度计,在一段非常细的玻璃管下端有个大球泡,里面密封着水或酒精,利用球泡内液体自身的热胀冷缩来反映温度的高低。英国科学家玻义耳利用这种原始的温度计发现,某些物理现象,如冰的融解和水的沸腾等总是在一定的温度下才发生。

由于温度计中的水或酒精很容易结冰或沸腾。1714年,德国科学家华伦海特首次制成密封的水银温度计,还在管壁注明刻度,符号为°F,即华氏温标。他将自己所得到的最低温度,即冰和盐的混合物融化时的温度定为华氏0°F,并将人体温度定为100°F。英国和美国目前仍然使用华氏温标。

1742年,瑞典天文学家摄希阿斯采用了一种不同的温标,符号为℃。他将1个大气压下水的冰点规定为0℃,水的沸点定为100℃,并将液态水的温度范围分为100等分,称为百分温标。后来国际计量大会将此温标命名为摄氏温标。

1848年,曾发表热力学第二定律的英国著名物理学家开尔文勋爵提出,将温度数值与理想可逆热机的效率相联系,根据热力学第二定律来定义温度的数值,规定温度的单位为水三相点热力学温度的1/273.16,单位叫做“开尔文”,以符号K表示,称为热力学温标。1960年10月,第11届国际计量大会决定采用开氏度K作为国际单位制的基本单位。

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