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計量論壇

標題: （轉）溫度計的引入 [打印本頁]

作者: duomeiti 時間: 2007-2-26 15:22
標題: （轉）溫度計的引入
溫度計的引入
　　溫度計量是物理計量的一個重要內容。在中國，近代的溫度計量的基礎是在清代奠定的，其標志是溫度計的引入。
　　溫度計量有兩大要素，一是溫度計的發明，一是溫標的建立。在我國，這兩大要素都是借助于西學的傳入而得以實現的。　　
中國古人很早就開始了對有關溫度問題的思考。氣溫變化作用于外界事物，會引起相應的物態變化，因此，通過對特定的物態變化的觀察，可以感知外界溫度的變化。溫度計就是依據這一原理而被發明出來的。中國古人也曾經沿這條道路探索過，《呂氏春秋·慎大覽·察今》中就有過這樣的說法：　　“審堂下之陰，而知日月之行，陰陽之變；見瓶水之冰，而知天下之寒，魚鱉之藏也。”
　　這里所講的，通過觀察瓶里的水結冰與否，就知道外邊的氣溫是否變低了，其實質就是通過觀察水的物態變化來粗略地判定外界溫度變化范圍。《呂氏春秋》所言，當然有其一定道理，因為在外界大氣壓相對穩定情況下，水的相變溫度也是相對恒定的。但盛有水的瓶子絕對不能等同于溫度計，因為它對溫度變化范圍的估計非常有限，而且除了能夠判定一個溫度臨界點（冰點）以外，也沒有絲毫的定量化在內。
　　在我國，具有定量形式的溫度計出現于十七世紀六七十年代，是耶穌會傳教士南懷仁（Ferdinand Verbiest，1623-1688年）介紹進來的。南懷仁是比利時人，1656年奉派來華，1658年抵澳門，1660年到北京，為時任欽天監監正的湯若望當助手，治天文歷法。這里所說的溫度計，就是他在其著作《靈臺儀器圖》和《驗氣圖說》中首先介紹的。這兩部著作，前者完成于1664年，后者發表于1671年，兩者均被南懷仁納入其纂著的《新制靈臺儀象志》中，前者成為該書的附圖，后者則成為正文的一部分，即其第四卷的《驗氣說》。關于南懷仁介紹的溫度計，王冰有詳細論述，這里不再贅述。[7]
　　南懷仁的溫度計是有缺陷的：該溫度計管子的一端是開口的，與外界大氣相通，這使得其測量結果會受到外界大氣壓變化的影響。他之所以這樣設計，是受亞里士多德“大自然厭惡真空”這一學說影響的結果。考慮到早在1643年，托里拆利（E. Torricelli，1608-1647）和維維安尼（V. Viviani，1622-1703）已經提出了科學的大氣壓概念，發明了水銀氣壓計，此時南懷仁還沒有來華，他應該對這一科學進展有所知曉。可他在20多年之后，在解釋其溫度計工作原理時，采用的仍然是亞里士多德學說，這種做法，未免給后人留下了一絲遺憾。而且，他的溫度計的溫標劃分是任意的，沒有固定點，因此它不能給出被大家公認的溫度值，只能測出溫度的相對變化。這種情況與溫度計量的要求還相距甚遠。
　　在西方，伽利略（Galileo Galilei，1564－1642）于1593年發明了空氣溫度計。他的溫度計的測溫結果同樣會受到大氣壓變化的影響，而且其標度也同樣是任意的，不具備普遍性。伽利略之后，有許多科學家孜孜不倦地從事溫度計的改善工作，他們工作的一個重要內容是制訂能為大家接受的溫標，波義耳（Robert Boyle，1627－1691）就曾為缺乏一個絕對的測溫標準而感到苦惱，惠更斯（Christiaan Huygens，1629－1695）也曾為溫度計的標準化而做過努力，但是直到1714年，德國科學家華倫海特（Gabriel Daniel Fahrenheit，1686-1736）才發明了至今仍為人們所熟悉的水銀溫度計，[8]10年后，他又擴展了他的溫標，提出了今天還在一些國家中使用的華氏溫標。又過了近20年，1742年，瑞典科學家攝爾修斯（Anders Celsius，1701－1744）發明了把水的冰點作為100°，沸點作為0°的溫標，第二年他把這二者顛倒了過來，成了與現在所用形式相同的百分溫標。1948年，在得到廣泛贊同的情況下，人們決定將其稱作攝氏溫標。這種溫標沿用至今，成為社會生活中最常見的溫標。
　　通過對比溫度計在歐洲的這段發展歷史，我們可以看到，盡管南懷仁制作的溫度計存在著測溫結果會受大氣壓變化影響的缺陷，盡管他的溫度計的標度還不夠科學，但他遇到的這些問題，他同時代的那些西方科學家也同樣沒有解決。他把溫度計引入中國，使溫度計成為人們關注的科學儀器之一，這本身已經奠定了他在中國溫度計量領域所具有的開拓者的歷史地位。
　　在南懷仁之后，我國民間自制溫度計的也不乏其人。據史料記載，清初的黃履莊就曾發明過一種“驗冷熱器”，可以測量氣溫和體溫。清代中葉杭州人黃超、黃履父女也曾自制過“寒暑表”。由于原始記載過于簡略，我們對于這些民間發明的具體情況，還無從加以解說。但可以肯定的是，他們的活動，表現了中國人對溫度計量的熱忱。
　　南懷仁把溫度計介紹給中國，不但引發了民間自制溫度計的活動，還啟發了傳教士不斷把新的溫度計帶到中國。“在南懷仁之后來華的耶穌會士，如李俊賢、宋君榮、錢德明等，他們帶到中國的溫度計就比南懷仁介紹的先進多了。[9]” 正是在中外雙方的努力之下，不斷得到改良的溫度計也不斷地傳入了中國。最終，水銀溫度計和攝氏溫標的傳入，使得溫度測量在中國有了統一的單位劃分，有了方便實用的測溫工具。這些因素的出現，標志著中國溫度計量的萌生，而近代溫度計量的正式出現，則要到20世紀，其標志是國際計量委員會對復現性好、最接近熱力學溫度的“1927年國際實用溫標”的采用。在中國，這一步的完全實現，則是20世紀60年代的事情了。

[ 本帖最后由 duomeiti 于 2007-2-26 15:23 編輯 ]

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