水銀溫度計 讓伽利略的發明更偉大
2023-04-02 05:51:00 1
幾乎每個人都發過燒，幾乎每個發過燒的人都有過用溫度計測量體溫的經歷：將溫度計放到嘴裡或是腋下，保持5分鐘以上，抽出來對照刻度就能知道自己當下的準確體溫。那麼這種簡單方便的儀器是什麼時候發明的呢?在溫度計發明之前, 醫生看病用，要想知道病人的體溫，用的是什麼方法呢？
溫度計是我們測量體溫最常用的工具。
首先讓我們來了解第二個問題。溫度計發明之前，不論是東方還是西方的醫生，了解病人「熱度」的工具就只有——手！是的，你沒聽錯！醫生用自己的手接觸病人的身體來做判斷病人體溫的高低，如果碰巧那天醫生也有輕微發熱或是剛剛摸了比較涼的物體溫度計是誰發明的，那麼，呃，絕對談不上精確甚至靠譜的測量結果就出現了。因此，如何準確測量體溫就成為醫生們需要解決的一個難題。
這個難題的解決要感謝世界科學史上一位偉大的科學家——伽利略。是的，這次你也沒聽錯！作為義大利著名的數學家、物理學家、天文學家，科學革命的先驅，他認為經驗是知識的唯一源泉，主張用實驗—數學方法研究自然規律，因此格外注重對實驗數據的精確測量和記錄。
伽利略（Galileo Galilei，1564-02-15-1642-01-08）
1593年，伽利略利用氣體熱脹冷縮的原理製成了世界上第一隻溫度計。這種氣體溫度計是用一根細長的玻璃管制成的。玻璃管的一端製成空心圓泡形;另一端開口，事先在管內裝進一些帶顏色的水，並將這一端倒插入盛有水的容器中。在玻璃管上等距離地標上刻度。當外界溫度升高時，玻璃泡內氣體膨脹，玻璃管中的水位就會降低；反之，當外界溫度降低時，玻璃球內氣體收縮，玻璃管中的水位就回上升。
1603年伽利略在演講中演示過這種測溫器:他把玻璃泡用手捂熱，管中水面下降了一段高度，當玻璃泡冷卻下來，水在管中又上升到原處。
但是，這種溫度計有個很大的缺點：由於水是露在大氣裡的。水柱的升降除受氣溫的影響外，還受到大氣壓的影響，所以，水柱的高低並不能準確反映氣溫的變化。但不管怎麼說，這仍然不失為是一項偉大的發明，為人類準確測量外界溫度指明了方向。當然溫度計是誰發明的，這種溫度計僅限於測量氣溫變化，類似於現在的「寒暑表」，還沒有被應用到醫學上。
伽利略身後，又有很多科學家對這種「原始」溫度計進行了改良。
1616至1636年間，伽利略的朋友，義大利帕多瓦大學的教授桑克託瑞斯（S.Sanctorius，1561-1636）首次將量度觀念應用到醫學中，他把伽利略的發明進行了改進，並首次將其應用到醫學領域。他的改進主要在外形上，他把原來的細長筆直的玻璃管改成彎曲蛇形狀，體積也變得更小，玻璃管的圓球一端讓病人進嘴裡，用來測出體溫。
1654年，伽利略的學生伏迪南又將改造更進一步：為了使溫度計不受大氣壓力的影響，必須的把盛水的瓶子密封起來。但是在這樣密封的瓶裡，空氣的膨脹和收縮就不大明顯了。那能不能將空氣換成熱脹冷縮更為明顯的其它材料呢？伏迪南想到了液體。他試驗了許多中液體，發現酒精在受熱或變冷的時候，體積變化很大。於是他將酒精裝在玻璃球裡。再把玻璃球加熱，讓一部分酒精成為蒸汽。等到酒精蒸汽把玻璃管裡的空氣全趕跑了，就把玻璃管的口子封閉。這樣，不受大氣壓影響的溫度計誕生了。
酒精溫度計比伽利略的氣體溫度計要準確了很多，但也有不可克服的缺點：酒精的沸點是78攝氏度，如果所測溫度在78攝氏度以上，玻璃管裡模糊不清了。
1659年，法國人布利奧更進一步，將測溫物質改為水銀，這就是現代溫度計的雛形。水銀要到357攝氏度才沸騰，因此水銀溫度計可以測的溫度，就比酒精溫度計高得多。再加上水銀是一種亮閃閃的銀色的液態金屬，觀察起來也更清晰。
在溫度計發明史上，還有一個不可忽略的名字就是華倫海特。丹尼爾·加布裡埃爾·華倫海特(Daniel Gabriel Fahrenheit，1686-1736)，荷蘭物理學家、工程師。他曾在德國、英國、丹麥和瑞典旅行學習，拜訪過許多科學家和儀器製造者，後來也成為儀器製造專家。
丹尼爾·加布裡埃爾·華倫海特（百度百科）
在華倫海特之前，人們製作的溫度計上的刻度各不相同，在實際應用時很不方便。他就把溫度計放在冰雪和鹽的混合物裡，看玻璃管裡的水銀降到哪兒，就在玻璃管上刻一條線，這時的溫度計作為零度（當年所了解的最低溫度）。再把溫度計放在自己嘴裡，看水銀升到哪兒，又刻一條線。把這兩條線之間平分成96格，從0度到96度。再用同樣大小的格子，刻出零度以下和96度以上的度數。其他的液體（如酒精）也可以用同樣方法來定刻度。這就是著名的「華氏溫標」（Fahrenheit temperature scale）。用符號℉來表示。1724年，以華倫海特名字命名的「華氏溫標」正式確立，同年他被選為英國皇家學會會員。在華氏溫標創立後相當長一段時間，它都是最被人接受的溫度量度。時至今日，美國人仍然在日常生活中使用華氏溫標。
此外，華倫海特還發明了淨化水銀的方法，他製作的這種改良版水銀溫度計能精確測量和讀數，也被稱為「華氏溫度計」。
至此，在距伽利略發明第一支溫度計100多年後，水銀溫度計的改良已基本完成。改良後的溫度計不論從精確度還是方便性上都實現了質的飛越，它讓伽利略的發明變得更偉大，更完善。
如今隨處可見的水銀溫度計（網絡圖）
隨著科學技術的發展和現代工業技術的需要，測溫技術在經歷一次又一次的革新，溫度計的種類也越來越多，如用於精密測量的氣體溫度計、測量範圍更廣的電阻溫度計、溫差電偶溫度計、用於高溫和低濁測量的溫差電偶溫度計及專門用來測量500℃以上的溫度的高溫溫度計等等。
但在醫院，要測量體溫，我們碰到的最常見的「好夥伴」還是那支銀光閃閃的水銀溫度計（雖然電子體溫計已較為普遍，但水銀溫度計以其價格低廉、操作方便、測量準確的特點依然為大多數醫院所普遍採用）。也許。在不久的將來，這個 「好夥伴」也會漸漸離我們遠去，但其背後那一長串發明者的名字卻應該讓我們銘記。
本作品為科普中國-科技創新裡程碑原創 轉載時務請註明出處
