升華和凝華導(dǎo)學(xué)案.doc

課題4：升華和凝華【導(dǎo)學(xué)目標(biāo)】1.知道升華和凝華的概念，知道升華要吸熱，凝華要放熱。2.了解生活中的升華和凝華現(xiàn)象，并能用物理的語言進(jìn)行解釋?！緦?dǎo)學(xué)重難點(diǎn)】重點(diǎn)：通過碘的升華和凝華實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的觀察實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ΑＭㄟ^日常生活中實(shí)例的解釋，培養(yǎng)學(xué)生用物理知識解決實(shí)際問題的能力。難點(diǎn)：通過識別生活中常見的物態(tài)變化現(xiàn)象培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用物理知識解決實(shí)際問題的能力?！緦?dǎo)學(xué)過程】一、自主學(xué)習(xí)（一）填空題1物質(zhì)從氣態(tài)直接變成_態(tài)的現(xiàn)象叫做凝華，物質(zhì)在凝華過程中要_熱。2物質(zhì)從固態(tài)直接變成_態(tài)的現(xiàn)象叫做升華，物質(zhì)在升華過程中要_熱。3實(shí)驗(yàn)室常用固態(tài)二氧化碳（干冰）來獲得低溫，這是因?yàn)槎趸荚赺時_熱的緣故。 4用久了的電燈泡壁會發(fā)黑，這是因?yàn)闊襞輧?nèi)的鎢絲_和_而形成的。5指出下面的物理現(xiàn)象屬于物態(tài)變化的哪種方式。(1)萘球過一段時間后會變小。_(2 )冰凍濕衣服在0以下也會干。_(3)瀝青馬路在太陽照射下熔化。_(4)灑在地上的水很快干了。_(5)戴眼睛的人從 寒冷的室外進(jìn)入暖和的室內(nèi)時，鏡片上會出現(xiàn)一層小水珠。_ (6)寒冷的早晨，窗玻璃上凝結(jié)著冰花。_（二）選擇題1以下說法中正確的是()A.水的沸點(diǎn)是100 B水的溫度達(dá)到沸點(diǎn)時就能沸騰C在一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時，水的沸點(diǎn)是100 D以上說法都正確2在物態(tài)變化過程中，放出熱的是() A.凝華、凝固、汽化B熔化、凝華、液化 C液化、凝固、凝華 D汽化、升華、熔化3下列物態(tài)變化過程屬凝華現(xiàn)象的是 () A.草地上露水的形成 B夏天冰雹的形成C清晨大霧的形成 D以上都不是（三）通過自學(xué)你有什么收獲?有什么疑問 ？課前組內(nèi)進(jìn)行交流，以小組為單位將問題展示出來。二、合作探究（一）探究碘的升華和凝華，得出升華和凝華的概念。1.回顧物質(zhì)的狀態(tài)及其物態(tài)變化，提出問題：物質(zhì)能否由固態(tài)直接變成氣態(tài)或者由氣態(tài)直接變?yōu)闅鈶B(tài)？進(jìn)行猜想。2.做碘的升華和凝華實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證猜想。 觀察試管中碘的狀態(tài)和顏色，思考要讓固態(tài)的碘的狀態(tài)發(fā)生變化，可采用什么辦法。分組實(shí)驗(yàn)，用熱水對固態(tài)的碘加熱，輕輕搖晃試管，觀察是否有液體生成，說出觀察到的現(xiàn)象。將紫色的碘蒸氣用冷水降溫，觀察碘蒸氣的變化，取出冷水中的試管，擦掉試管外的水分，觀察試管中是否有碘液體出現(xiàn)。3.分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，歸納實(shí)驗(yàn)結(jié)論，得出升華和凝華的概念及吸放熱情況。（二）聯(lián)系實(shí)際，尋找和分析生活中的升華和凝華現(xiàn)象1.說出生活中的升華和凝華現(xiàn)象。 2.觀察對比新舊燈管，試著解釋燈管壁變黑的原因。3.嘗試解釋“人造雪景”所包含的物理知識。4.提出問題，分小組討論。問題一：冰箱中的霜是怎樣形成的，采用什么辦法可以減少霜的形成？問題二：霜的形成條件是氣溫0攝氏度以下，對農(nóng)作物有害，如何防止？問題三：升華吸熱凝華放熱在日常生活中有哪些應(yīng)用？（三）升華吸熱凝華放熱的應(yīng)用1.介紹干冰（即固態(tài)的二氧化碳），猜想干冰在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。2.查找資料關(guān)于人工降雨的過程，思考在云層中拋撒干冰為什么會促成降雨？ 在舞臺上撒干冰制造白霧，思考在舞臺上撒干冰為什么會出現(xiàn)白霧？3.想想議議：如果要給食品降溫，你想到了哪些方法？嚴(yán)寒的早晨，窗戶玻璃上的冰花，為什么總出現(xiàn)在室內(nèi)的一面？三、達(dá)標(biāo)反饋1 .寒冷的冬天，公園里冰雕作品的質(zhì)量會一天一天的減少，這是_現(xiàn)象。2.寒冷的冬天，在室外行走的老爺爺眉毛胡子上都掛滿了白霜，這是_現(xiàn)象。3.固態(tài)二氧化碳升華時能夠熱，所以常用它來使運(yùn)輸中的食品_，防止食品腐爛變質(zhì)。4.凍肉出冷庫后比進(jìn)冷庫時重，是由于空氣的水蒸氣_成霜著附在凍肉上，所以出庫后會使重量稍有增加。5.在嚴(yán)冬溫度較低的時候，窗上可以結(jié)冰花，這是水蒸氣_現(xiàn)象。霜應(yīng)結(jié)在玻璃的_（填：“內(nèi)”或“外”）側(cè)。 6.裝有少量碘的燒瓶，在酒精燈上微微加熱后，瓶內(nèi)固態(tài)的碘消失，而充滿了紫色的碘蒸氣；停止加熱，碘蒸氣慢慢消失，燒瓶里出現(xiàn)碘粉末顆粒，這個現(xiàn)象說明( ) A.升華、凝華都要吸熱B.升華、凝華都要放熱 C.升華要吸熱，凝華要放熱D.升華要放熱，凝華要吸熱7.在歌舞晚會上，常用干冰產(chǎn)生的白霧來烘托氣氛，舞臺上形成的霧是（）A.干冰在常溫下迅速升華形成的二氧化碳?xì)怏w。B.干冰粉噴灑到舞臺上，迅速升華降溫，使空氣中的水蒸氣遇冷液化成小水珠來制造“白霧”以渲染氣氛。 C.干冰在常溫下迅速升華又凝華而形成的。D. 干冰使空氣中的水蒸氣液化形成的小水珠以及小水珠凝固形成的小冰粒。8.下列各組物態(tài)變化過程中需要吸熱的是（）A.升華現(xiàn)象 B凝華現(xiàn)象 C.液化現(xiàn)象 D凝固現(xiàn)象9.金屬在高溫.低壓下比較容易有固態(tài)直接變成氣態(tài),用此方法可以給照相機(jī)、望遠(yuǎn)鏡及其他光學(xué)儀器的玻璃鏡頭進(jìn)行真空度膜，即在真空環(huán)境下將金屬或金屬化合物加熱，使它的蒸氣噴到玻璃上，從而度上一層極薄的金屬膜，這層膜可以改善鏡頭的光學(xué)性能。這層膜能度上去的原理是（）A.金屬粘到玻璃鏡頭上的B金屬熔化后粘到玻璃鏡頭上的C.金屬升華后再凝華時附著在玻璃鏡頭上的D金屬凝固到粘到玻璃鏡頭上的10.下面這首四季歌，每句屬于哪一種物態(tài)變化？春暖花開冰雪消融，_ ; 夏日炎炎河水干涸，_秋意濃濃禾苗露珠，_ ; 寒冬臘月河水結(jié)冰_。物理閱讀人體正常體溫正常人體的直腸溫度平均為37.3，接近于深部的血液溫度。口腔溫度比直腸溫度低0.20.3，平均約為37。腋窩溫度比口腔溫度又低0.30.5，平均約為36.7。臨床上一般采取從腋窩、口腔或直腸內(nèi)測量體溫的辦法。熱力學(xué)溫度熱力學(xué)溫標(biāo)是在熱力學(xué)第二定律的基礎(chǔ)上建立起來的最為科學(xué)的溫標(biāo)，過去也叫做開氏溫標(biāo)或絕對溫標(biāo)。由熱力學(xué)溫標(biāo)定義的溫度叫熱力學(xué)溫度。熱力學(xué)溫度的單位是開爾文，簡稱開，符號是K。熱力學(xué)溫度是以水的三相點(diǎn)來定義的，規(guī)定水的三相點(diǎn)的溫度為273.16K。水的三相點(diǎn)是水、水蒸氣和冰共存的狀態(tài)。在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，水的冰點(diǎn)實(shí)際上是水、冰、空氣的一種混合狀態(tài)，水的冰點(diǎn)的溫度是273.15K，即冰點(diǎn)比水的三相點(diǎn)的溫度低0.01K。攝氏溫度以冰點(diǎn)為零度。熱力學(xué)溫度單位開爾文是國際單位制的七個基本單位之一。攝氏度也是國際單位制中的單位，攝氏度與開爾文所表示的溫度間隔相等，攝氏溫度t與熱力學(xué)溫度T的換算關(guān)系是tT273.15。物質(zhì)有多少種狀態(tài)自然界的各種物質(zhì)都是由大量微觀粒子構(gòu)成的。當(dāng)大量微觀粒子在一定的壓強(qiáng)和溫度下相互聚集為一種穩(wěn)定的狀態(tài)時，就叫做“物質(zhì)的一種狀態(tài)”，簡稱為物態(tài)。在19世紀(jì)，人們還只能根據(jù)物質(zhì)的宏觀特征來區(qū)分物質(zhì)的狀態(tài)，那時還只知道有三種狀態(tài)，即固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)。初中講物態(tài)變化，就是講這三種常見的物質(zhì)狀態(tài)間的變化問題。氣體物質(zhì)處于高溫條件下，原子、分子激烈碰撞被電離，或者氣體物質(zhì)被射線照射以后，原子被電離，整個氣體含有足夠數(shù)量的離子和帶負(fù)電的電子，而且一般情況下正負(fù)電荷量幾乎處處相等，這種聚集態(tài)叫等離子態(tài)。如果物質(zhì)處于極高的壓力作用下，例如壓強(qiáng)超過大氣壓的140萬倍，組成物質(zhì)的所有原子的電子殼層都會被“擠破”，電子都變成為“公有”，原子失去了它原來的化學(xué)特征。這些“光身”的原子核在高壓作用下會緊密地堆積起來（當(dāng)然，再緊密也會有電子存在和活動的空隙），成為密度非常大的（大約是水的密度的3萬至6.5萬倍）狀態(tài)，稱為超固態(tài)。有些書籍把等離子態(tài)稱為物質(zhì)的第四態(tài)，把超固態(tài)稱為物質(zhì)的第五種狀態(tài)。進(jìn)一步從物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)去考慮，物態(tài)就遠(yuǎn)不止這幾種了。例如，在固體物質(zhì)中，有的其內(nèi)部微觀粒子呈周期性、對稱性的規(guī)則排列，稱為結(jié)晶態(tài)。而另外一些，如玻璃、瀝青等物質(zhì)，常溫下雖然也有固定的形狀和體積，不能流動，但其內(nèi)部結(jié)構(gòu)則更像液體，稱為玻璃態(tài)（非晶體）。還有一些有機(jī)物質(zhì)，能夠流動，又具有某些晶體的光學(xué)特性，是介于液態(tài)和結(jié)晶態(tài)之間的狀態(tài)，稱為液晶態(tài)。很多物質(zhì)在極低的溫度下，會出現(xiàn)電阻消失的現(xiàn)象，稱為超導(dǎo)態(tài)；在極低的溫度下，某些液體的黏滯性會完全消失，叫做超流態(tài)。在巨大的壓力下，平時是氣體的氫，可以轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂薪饘偬匦缘墓虘B(tài)，稱為金屬氫態(tài)。天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在宇宙中存在著比超固態(tài)密度更大的物質(zhì)狀態(tài)，例如組成中子星的中子態(tài)，還有密度更高的超子態(tài)、反常中子態(tài)、黑洞等等。由于反粒子，如反質(zhì)子、反電子、反中子等都已被發(fā)現(xiàn)，有人預(yù)言在宇宙中會存在著全部由反粒子構(gòu)成的反物質(zhì)世界，但還沒有得到證實(shí)。1998年6月3日，美國發(fā)射的航天飛機(jī)“發(fā)現(xiàn)者”號裝載了一臺磁譜儀，期望探測到宇宙空間中可能存在的反物質(zhì)，其中一個關(guān)鍵部件是由中國科學(xué)院電工研究所制造的直徑1200毫米、高800毫米、中心磁感強(qiáng)度為0.1340T的永久磁體?？傊?，從物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)去分析，物態(tài)的種類很多，并且隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們對物質(zhì)世界的認(rèn)識會繼續(xù)深入，更多的物態(tài)會被發(fā)現(xiàn)和被人所認(rèn)識。有時同一種物質(zhì)在某種溫度和壓力下，有幾種不同的物態(tài)同時存在，例如水處于密閉的容器中，下部是水而上部是水蒸氣，就是液態(tài)與氣態(tài)共存的情形，其他還有固氣兩態(tài)共存、固液兩態(tài)共存或固、液、氣三態(tài)共存的情形。一般說來，任何一種物質(zhì)，在溫度、壓強(qiáng)等發(fā)生變化時，都會呈現(xiàn)不同的物態(tài)，研究物態(tài)變化對于深入了解物質(zhì)的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)，對于研制新材料及新物質(zhì)，都具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。自然界里雨雪的形成，是很有代表性的物態(tài)變化過程。地面上的水蒸發(fā)成為水汽，升到高空與寒冷空氣接觸，水汽便凝結(jié)成小水滴，形成云。當(dāng)溫度下降，而又有凝聚核心的時候，就會凝結(jié)成大水滴下降而為雨。一滴雨點(diǎn)要比云中的小水滴大上幾千倍，小水滴一定要在它的體積增加到很大時才會變成雨落下來。如果溫度低于0，水汽在空中就可能形成雪。雪是結(jié)晶的水。水汽凝華而成的微小晶體叫水晶。當(dāng)水晶在大氣中隨著氣流上下翻騰，聚集起來變得足夠大時，就成為雪花向地面飄落。雪花的形狀多為六角形，也有針狀、柱狀或不規(guī)則形狀的。某些雪花的直徑可大于2.5厘米。雪花的大小取決于溫度，溫度越低，形成的雪花越小。由于構(gòu)成雪片的結(jié)晶能反射光，所以雪片呈白色。當(dāng)過冷水滴碰撞在冰晶（或雪花）上，則成霰，霰在積雨云中隨著氣流多次升降，不斷與雪花、小水滴等合并，形成透明層與不透明層交替的冰塊，落到地面，這就是雹。地表面上的空氣中含有水汽，當(dāng)水汽的含量達(dá)到飽和時凝結(jié)成水滴，這就是露，如果地表氣溫降到0以下時，則水汽直接凝結(jié)為固態(tài)，就是霜。升華和凝華我國古代的就已有人會利用升華和凝華的方法來提純一些化學(xué)藥品，所謂的“煉丹”就是一個例子。具體方法是：把天然的紅色硫化汞放在煉丹鼎里煅燒，硫被氧化成二氧化硫，分離出金屬汞；汞又和硫磺化合，生成黑色硫化汞，黑色硫化汞受熱后升華，把它的蒸氣收入一個容器中冷卻凝華，就成了結(jié)晶的紅色硫化汞。結(jié)晶的紅色硫化汞可以說是人類最早通過化學(xué)方法制成的產(chǎn)品之一，也是我國古代“煉丹”活動中的一項(xiàng)重要成果。雖然煉丹家在煉丹活動中滲透了迷信的色彩，如把人造紅色硫化汞叫做還丹，反復(fù)加熱升華和凝華后，又叫做九轉(zhuǎn)還丹，還說人吃了它長生不老。這是錯誤的、騙人的，應(yīng)該摒棄，但是古代的“煉丹”活動，還是為人類積累了不少有用的知識，提供了一些化學(xué)藥物。有趣的“永動鴨”商店里曾經(jīng)出售過一種科學(xué)玩具“永動鴨”，只要你用手把鴨子的頭部浸入水中，放開手后，鴨子就會上下?lián)u動，擺動的幅度越來越大，最后它的頭部又自動浸入水中，然后抬頭重新擺動起來，因?yàn)橹灰_始時把鴨子的頭往水里摁一下，以后鴨子長時間地活動不止，所以人們把它叫“永動鴨”。鴨子能夠不停地活動的關(guān)鍵，就是裝在鴨身里的乙醚和杯里的水在起作用。乙醚是一種非常容易蒸發(fā)的液體，它的蒸氣充滿了鴨頭和腹部的空腔，當(dāng)把鴨頭摁進(jìn)水里時，頭部的絨布就被浸濕了，在鴨子不斷擺動的過程中，水分蒸發(fā)吸收了熱量，使鴨子頭部的溫度下降，玻璃管上部的乙醚氣受冷收縮，壓強(qiáng)降低了，鴨子肚內(nèi)的乙醚開始上升，鴨子的重心也不斷提高，擺動越來越厲害，最后鴨子失去平衡，頭倒入水中?！帮嫛币淮嗡?，這時玻璃管的下端露出乙醚液面，頭部的乙醚重新流回球形的鴨肚里，重心降低，鴨子抬起頭來，又開始擺動如果杯子里放的是酒精，由于酒精的蒸發(fā)比水快得多，鴨子點(diǎn)頭就會更加頻繁，好像鴨子也喜歡喝酒似的。溫度計(jì)的變革從五十萬年前北京人用火到古臘哲學(xué)家亞里士多德提出土、水、空氣、火四要素的學(xué)說，從古代煉金術(shù)的活動到近代科學(xué)的初始階段，人們對熱的研究從來沒有超過定性的階段，人們根據(jù)冷暖感覺說：“這是熱的”，“那是冷的”，或者“這個比那個熱”來表征物體熱狀態(tài)。如果要定量測定溫度，首先必須找到某種可以測定的、隨溫度的變化而均勻地發(fā)生變化的量。最初，人們發(fā)現(xiàn)了多數(shù)物體的體積是這樣變化的，這就是物體的熱脹冷縮。伽利略頭一個試圖利用氣體體積變化來探測溫度變化。1603年，他在一盆水里倒豎起一根充滿熱空氣的玻璃管，當(dāng)管里的空氣冷卻到室溫時，空氣的體積縮小，便將水吸入管中，伽利略就這樣制成了他的“驗(yàn)溫器”。室溫改變時，管里的水位也隨著改變。如果房間變暖，玻璃管里的空氣就膨脹，將水位壓低；如果變冷，空氣就收縮，使水位升高。這種“驗(yàn)溫器”最大的缺點(diǎn)是：盆中的水面露在大氣里，而大氣壓是經(jīng)常變化的，因此，即使溫度不變，氣壓的變化也會改變水位，從而影響溫度測定的結(jié)果。這種溫度計(jì)是第一種用玻璃制成的重要科學(xué)儀器。氣體溫度計(jì)對溫度的測定，或是依靠氣體在不變體積下的壓力變化，或是依靠氣體在不變壓力下的體積變化。由于氣體比其他物質(zhì)在溫度增加時更易于膨脹，因而氣體溫度計(jì)是很精確的。1654年，托斯卡納大公費(fèi)迪南德二世(Ferdinand)發(fā)明了一種不受大氣壓影響的溫度計(jì)。這種溫度計(jì)是在一個球泡上連接一段直管，球泡里封著液體。這種溫度計(jì)利用液體本身的脹縮來反映出溫度的高低。液體的體積隨溫度的變化比氣體小得多，但由于使用相當(dāng)大的球泡，并將它裝滿液體，這樣，液體只能通過那根非常細(xì)的直管來脹、縮，因此，即使液體的總體積的變化很小，管中液面的升降還是很明顯的。差不多與此同時，英國物理學(xué)家玻意耳(R.Boyce)也完成了基本相同的工作。他頭一個發(fā)現(xiàn)，人體是有恒定的溫度，并且明顯高于通常室溫。另外，還有人發(fā)現(xiàn)，某些物理現(xiàn)象總是在一定的溫度下發(fā)生。到了17世紀(jì)末，人們已經(jīng)知道冰的融解和水的沸騰都屬于這類現(xiàn)象。在計(jì)溫術(shù)上最早采用的液體是水和酒精，但由于水太早凍結(jié)，而酒精又太容易沸騰，1643年法國物理學(xué)家阿蒙頓(G.Amontons)便改用水銀，他的測溫裝置與伽利略的相類似。液體溫度計(jì)常用的液體有水銀，染色酒精，甲苯和戊烷。1714年，德國物理學(xué)家華倫海特(G.D.Fahrenheit)將費(fèi)迪南德和阿猛頓的溫度計(jì)的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，把水銀封在玻璃管里，利用水銀自身的熱脹冷縮來指示溫度。華倫海特還在玻璃管上刻上刻度，以便得到定量的溫度讀數(shù)。他將他的實(shí)驗(yàn)室所能得到的最低溫度，即融化的冰和鹽的混合物的溫度定為零度，將純水的冰點(diǎn)定為32，沸點(diǎn)定為212。這樣定有兩點(diǎn)好處：第一，水保持液態(tài)的溫度范圍是180，這好像是一個與“度”有關(guān)的自然數(shù)（正好是半圓的度數(shù)）；第二，人體的溫度接近于整數(shù)100（華氏98.6）。這種刻度很快得到了普遍應(yīng)用，目前在美國、英國和加拿大依然應(yīng)用很廣，因其刻度細(xì)，特別適宜于氣象測量和體溫測量等日?；顒印Ｈ梭w的正常溫度是恒定的。體溫只要高出正常值一、二度，就是發(fā)燒，人就有明顯的不適感。1858年，德國醫(yī)生馮德利希(K.A.Wunderlich)采用了靠經(jīng)常測定體溫來診斷病情的方法。幾年以后，英國醫(yī)生阿爾伯特(T.C.Allbutt)發(fā)明了“體溫計(jì)”。這種溫度計(jì)在儲存水銀的細(xì)管里有一處狹道。體溫計(jì)放在口里，水銀柱就上升到實(shí)際溫度處，但取出體溫計(jì)后，水銀柱并不下落，而是在狹道處斷開，使狹道以上部分始終保持體溫讀數(shù)。1730年，法國博物學(xué)家列奧未爾(R.-A.F.deR抇eaumur)提議把水結(jié)冰到沸騰之間的距離分為80，這就是列氏溫標(biāo)。1742年，瑞典天文學(xué)家攝爾修(A.Celsius)把兩者之間距離分為100，這種溫標(biāo)被稱為“百分溫標(biāo)”，這種溫標(biāo)的度數(shù)稱為“百分度”，科學(xué)家們在1948年的一次國際會議上，根據(jù)華氏溫標(biāo)的先例，把這種溫標(biāo)正式命名為“攝氏溫標(biāo)”，符號為，大多數(shù)國家都通用攝氏溫標(biāo)，特別是科學(xué)家們，他們覺得攝氏溫標(biāo)用起來方便。1848年，英國物理學(xué)家開爾文(L.Kelvin)根據(jù)卡諾（法、L.Carnot）的熱理論創(chuàng)立了絕對溫標(biāo)，規(guī)定純水的三相點(diǎn)（水，水蒸氣和冰共存的狀態(tài)）定為絕對溫度273.16K，1個大氣壓時水的沸點(diǎn)為373.15K，1968年，國際度量衡委員會把開氏溫標(biāo)定為國際溫標(biāo)?，F(xiàn)在通用的有三個溫標(biāo)：華氏溫標(biāo)(F)，攝氏溫標(biāo)()和開氏溫標(biāo)（K），F(xiàn)和的換算關(guān)系為=59（F-32）和F=（95）+32，K和的換算關(guān)系為K=+273和=K-273。隨著溫度的改變，金屬的許多性質(zhì)也會隨著改變。如體積膨脹，電阻變化，產(chǎn)生的熱電動勢不同等。利用這些性質(zhì)作為測量溫度的基礎(chǔ)可制成各式各樣的溫度計(jì)。雙金屬溫度計(jì)是利用纏在一起的兩種不同金屬熱膨脹的差異來移動溫度刻度的指示器；利用導(dǎo)電物質(zhì)的電阻隨溫度變化的特性，人們用鉑絲制成鉑比溫度計(jì)，它的精確度很高，在903.89K到13.8K的溫度范圍內(nèi)被取作“1968年國際實(shí)用溫標(biāo)”基準(zhǔn)。工業(yè)用鉑絲溫度計(jì)的測量范圍為0650，在科學(xué)研究中，可用來測量低到260，高到1100的溫度。利用溫差電偶，還可制成一種重要溫度計(jì)。原理如圖41所示，將構(gòu)成溫差電偶的兩種金屬A、B的一個接頭放在待測的溫度T中，A，B的另一端點(diǎn)都放在溫度T0為已知的恒溫物質(zhì)（如冰水或大氣中）。用兩根同樣材料C的導(dǎo)線將A、B在恒溫槽中的一端聯(lián)到電位差計(jì)的補(bǔ)償電路中去，測量它的熱電動勢。根據(jù)事先標(biāo)準(zhǔn)的曲線或數(shù)據(jù)，即可知道待測溫度T。圖4-1用溫差電偶測量溫度有很多優(yōu)點(diǎn)，可在2002000范圍內(nèi)使用，如測煉鋼爐的高溫和液態(tài)空氣的低溫，它的靈敏度和準(zhǔn)確度很高（可達(dá)103以下），特別是鉑-銠熱電偶穩(wěn)定性很高，常用來作為標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)；用熱電偶能測量很小范圍內(nèi)的溫度或微小熱量，真空熱電偶是一種探測光通量或輻射通量十分靈敏的器件。鉑絲溫度計(jì)和熱電偶在測量高溫或低溫時，遠(yuǎn)比液體溫度計(jì)優(yōu)越得多。液體溫度計(jì)根據(jù)所充液體的不同，液體溫度計(jì)分為水銀溫度計(jì)、酒精溫度計(jì)、甲苯溫度計(jì)和煤油溫度計(jì)。這些液體及其特性如下表所示。液體溫度計(jì)中的工作液體是用來感覺溫度變化的，所以對它有三個要求：一是液體存在的溫度范圍要寬，也就是說它的凝固點(diǎn)要低，沸點(diǎn)要高；二是體膨脹系數(shù)要大；三是液體要純凈，不沾污玻璃，不浸潤玻璃。水銀體膨脹系數(shù)雖小，但它的液態(tài)存在溫度范圍寬；不浸潤玻璃（因而毛細(xì)管可做得很細(xì)，從而補(bǔ)償了體膨脹系數(shù)小的缺點(diǎn)）；在0至200范圍內(nèi)體膨脹與溫度成正比，因而能做成等分度刻度；水銀容易制得純凈，而且水銀導(dǎo)熱快。在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，水銀沸點(diǎn)是356.58。沸點(diǎn)隨壓強(qiáng)增大而升高。水銀溫度計(jì)中水銀柱上方充了氣，它的測量范圍可提高到750。水銀溫度計(jì)測不了-38.87以下的溫度。為了測更低的溫度，必須選用凝固點(diǎn)低的有機(jī)液體，如酒精、甲苯等。有機(jī)液體的膨脹系數(shù)大，能測量的溫度低，如戊烷能測到-200。但有機(jī)液體容易沾濕玻璃，毛細(xì)現(xiàn)象嚴(yán)重，因而毛細(xì)管不能做得很細(xì)，否則讀數(shù)很不方便，測量的精度也要降低。此外，有機(jī)液體的比熱容大，傳熱慢。盡管如此，它們在低溫范圍內(nèi)仍得到了廣泛應(yīng)用。體溫計(jì)體溫計(jì)為什么做成三棱柱形？為什么水銀泡與上部連接處有一非常細(xì)的曲頸？為什么這些問題看起來簡單，但回答起來卻不那么容易，不弄清體溫計(jì)的構(gòu)造原理，就很難把問題說清楚。下面就談?wù)動嘘P(guān)體溫計(jì)的幾個問題。一、溫度計(jì)的原理溫度這一概念是建立在熱力學(xué)第零定律的基礎(chǔ)上的。所以溫度計(jì)的測溫原理就是：一切互為熱平衡的熱力學(xué)系統(tǒng)，都具有相同的溫度。這樣我們就可以選擇適當(dāng)?shù)臒崃W(xué)系統(tǒng)做為溫標(biāo)。溫度可以通過溫標(biāo)的某一隨溫度發(fā)生線性（可認(rèn)定為線性）變化的參量（如體積、壓強(qiáng)、電動勢等等），標(biāo)志出來，這就是溫度計(jì)。溫度計(jì)直接告訴我們的是它自身的溫度。由于一切互為熱平衡的熱力學(xué)系統(tǒng)的溫度相同，故溫度計(jì)所測的溫度間接地告訴我們待測系統(tǒng)的溫度。這就是溫度計(jì)的原理。二、體溫計(jì)的原理與構(gòu)造特點(diǎn)溫度計(jì)的原理也就是體溫計(jì)的基本原理。然而由于體溫計(jì)的特殊用途，除了基本原理外，由于它的特殊構(gòu)造，還涉及其他物理原理。1.體溫計(jì)的構(gòu)造特點(diǎn)體溫計(jì)如圖4-2所示，上邊有3542的刻度，表示測溫范圍。上部長的一段為三棱柱體，玻璃層厚。中間為細(xì)管；下部較短。為水銀泡，泡內(nèi)裝滿水銀。上、下兩部之間經(jīng)一彎曲的、非常細(xì)的通道直接連通。另外，在三棱柱的一個側(cè)面上涂有乳白劑。2.構(gòu)造特點(diǎn)的理論依據(jù)根據(jù)一定質(zhì)量的液體體積隨溫度的變化規(guī)律為：V/V=t。其中，V為一定質(zhì)量液體的體積；V為V的變化量；為液體體脹系數(shù)；t（）為溫度的變化量。由于體溫計(jì)中V不大，而又很小（=3a=34.110-6-1），因此，為比較準(zhǔn)確的測出體溫，則要求t的微小變化（相對而言），就能被比較明顯的指示出來。又因?yàn)閂=lS（只考慮上部細(xì)管中的水銀體變）。l為上部水銀柱長度的變化量，S為上部水銀柱的截面積，所以，lS=Vt，即：l=(V/S)t。故，只要將上部細(xì)管做得足夠細(xì)時，V/S就不很小。當(dāng)t發(fā)生微小變化時，就能引起l的明顯變化。由于l與t的線性關(guān)系，所以人體溫度就通過體溫計(jì)中的l的變化而比較明顯、準(zhǔn)確地顯示出來。正因如此，體溫計(jì)上部的管做的相當(dāng)細(xì)。同時，也可看出lV，這樣當(dāng)V比較大時，仍能使l發(fā)生顯著變化。所以下部水銀泡的體積相當(dāng)大。然而不宜太大，太大則使用不方便。這是其一。其二，上部的棱為什么是三棱又是圓柱面，且一個側(cè)面涂成乳白色？在讀數(shù)時，由于玻璃無色。水銀灰呈銀白色，但水銀柱極細(xì)，顏色極難觀察到，這就造成了讀數(shù)困難。為了解決這個問題，把體溫計(jì)上部做成截面為三角形、而側(cè)面為圓柱面的柱體。這樣，利用三棱柱的側(cè)面把從水銀柱反射出來的光線在玻璃與空氣的交界處發(fā)生折射，并且放大，如圖4-3所示。原來直徑為AB的水銀柱，經(jīng)放大后看上去像AB那么大。這里圓柱面起到了凸透鏡成虛像的作用。三棱柱的一個側(cè)面涂上乳白劑，形成了屏，使從背面射入的光線不能透過。同時，使虛像容易觀察到，這樣讀數(shù)既容易又準(zhǔn)確。其三，為什么液泡與上部間由一極細(xì)的曲頸連接？曲頸所起的作用如下：當(dāng)體溫計(jì)離開人體后，溫度下降（體溫高于外界氣溫），液體收縮。由于泡內(nèi)水銀的收縮致使曲頸內(nèi)的極少量水銀被拉斷。一旦斷開，又由于水銀與玻璃間的不潤濕關(guān)系，斷面處的水銀柱分別向上下兩部分收縮，如圖4-4所示。當(dāng)然，上部細(xì)管中的水銀會向下壓，但因附加壓強(qiáng)的存在不能把上部的水銀壓下來。根據(jù)球形液柱兩側(cè)的壓強(qiáng)公式可知：（如圖4-5所示）pApB=2ar1,pApB=2ar2因?yàn)閞1r2，pB=pB，所以pApA，因此，細(xì)端水銀會自動向粗端移動，斷開處不可能自行連接?；旧媳ＷC了體溫計(jì)離開人體后，不因溫度的下降而使水銀柱下降。這樣體溫計(jì)指示的讀數(shù)不變，給使用帶來了方便。由上述也可知為什么使用體溫計(jì)前，手握上部，液泡向下用力甩一甩。甩的目的是利用慣性使上部的水銀下移，與泡內(nèi)水銀接觸，以免上下不接觸時測溫不準(zhǔn)。3.為什么液體用水銀而不用酒精之類的物質(zhì)？主要原因是酒精之類的液體與玻璃之間有浸潤關(guān)系。在浸潤的情況下，當(dāng)體溫計(jì)離開人體后溫度下降時，雖然收縮，但不能使液柱斷開。這樣一來，讀數(shù)不準(zhǔn)，達(dá)不到既方便又準(zhǔn)確的目的。要想測準(zhǔn)體溫，除非體溫計(jì)不離開人體，這顯然很不方便，故無人采用。熱膨脹趣例鋼軌的溫度每升高1，它的長度就會伸長原來長度的10萬分之一。鋼軌在夏天炎日的照射下，溫度可以達(dá)到4050，摸上去燙手；在嚴(yán)冬季節(jié)，鋼軌的溫度甚至降到-25以下。如果夏天和冬天溫差為50，1000千米長的鐵路線的鋼軌的長度要相差500米。所以，鐵路線上的鋼軌一般并不是密接的，在鋪設(shè)時每根鋼軌之間都要留有一定的間隙。各種物質(zhì)熱脹冷縮的程度是不同的。例如鋁線遇熱，溫度每升高1，長度會增長原長的一百萬分之二十四，即增長0.000024倍，比鋼的熱脹冷縮程度大得多。如果沿1000千米的鐵路線架設(shè)一條同樣長的鋁質(zhì)輸電線，在冬、夏溫差為50時，鋁線的長度會差1200米，所以夏天架設(shè)電線不能繃得太緊。按熱膨脹程度由大到小排列，一些常用材料的熱膨脹系數(shù)(即溫度每升高1，長度變化為原長的倍數(shù))為鋁(0.000024)、銅(0.000019)、鐵(0.000012)、鋼(0.000011)、玻璃(0.000009)、鉛化玻璃(0.000003)，像牙（接近零）。在工程技術(shù)中，必須根據(jù)對零部件熱膨脹程度的限制，選用合適的材料。例如在福廷氣壓計(jì)中，指示水銀液面的標(biāo)記必須用長度幾乎不受溫度影響的象牙制作，以保證不同氣溫時讀數(shù)的準(zhǔn)確。溫標(biāo)及各種溫標(biāo)的介紹溫標(biāo)溫度數(shù)值的表示方法叫做“溫標(biāo)”。為了定量地確定溫度，對物體或系統(tǒng)溫度給以具體的數(shù)量標(biāo)志，各種各樣溫度計(jì)的數(shù)值都是由溫標(biāo)決定的。為量度物體或系統(tǒng)溫度的高低對溫度的零點(diǎn)和分度法所做的一種規(guī)定，是溫度的單位制。建立一種溫標(biāo)，首先選取某種物質(zhì)的某一隨溫度變化的屬性，并規(guī)定測溫屬性隨溫度變化的關(guān)系；其次是選固定點(diǎn)，規(guī)定其溫度數(shù)值；最后規(guī)定一種分度的方法。最早建立的溫標(biāo)是華氏溫標(biāo)、攝氏溫標(biāo)，這些溫標(biāo)統(tǒng)稱為經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)。它們的缺陷是溫度讀數(shù)與測溫物質(zhì)及測溫屬性有關(guān)，測同一熱力學(xué)系統(tǒng)的溫度，若使用攝氏溫標(biāo)標(biāo)定的不同測溫屬性的溫度計(jì)，其讀數(shù)除固定點(diǎn)外，并不嚴(yán)格一致。經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)現(xiàn)已廢棄不用。為了統(tǒng)一溫度的測量，溫度的計(jì)量工作中采用理想氣體溫標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)溫標(biāo)。規(guī)定溫度與測溫屬性成正比關(guān)系，選水的三相點(diǎn)為固定點(diǎn)。在氣體液化點(diǎn)以下及高溫下理想氣體溫標(biāo)不適用，由于氦的液化溫度最低，因此氦溫度計(jì)有它一定的優(yōu)越性。國際單位制中采用的溫標(biāo)，是熱力學(xué)溫標(biāo)。它的單位是開爾文，中文代號是開，國際代號是K。攝氏溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)是經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)之一，亦稱“百分溫標(biāo)”。溫度符號為t，單位是攝氏度，國際代號是。攝氏溫標(biāo)是以在一大氣壓下，純水的冰點(diǎn)定為0。在一大氣壓下，沸點(diǎn)作為100，兩個標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)之間分為100等分，每等分代表1。在溫度計(jì)上刻100的基準(zhǔn)點(diǎn)時，并不是把溫度計(jì)的水銀泡（或其他液體）插在沸騰的水里，而是將溫度計(jì)懸在蒸汽里。實(shí)驗(yàn)表明只有純凈的水在正常情況下沸騰時，沸水的溫度才同上面蒸汽溫度一樣。若水中有了雜質(zhì)，溶解了別的物質(zhì)，沸點(diǎn)即將升高，也就是說，要在比純凈水的沸點(diǎn)更高的溫度下才會沸騰。如水中含有雜質(zhì)，當(dāng)水沸騰時，懸掛在蒸汽里的溫度計(jì)上凝結(jié)的卻是純凈的水，因此它的水銀柱的指示跟純凈水的沸點(diǎn)相同。在給溫度計(jì)定沸點(diǎn)時，避免水不純的影響，應(yīng)用懸掛溫度計(jì)的方法。為了統(tǒng)一攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)，1960年國際計(jì)量大會對攝氏溫標(biāo)予以新的定義，規(guī)定它應(yīng)由熱力學(xué)溫標(biāo)導(dǎo)出，即：t=T-273.15用攝氏度表示的溫度差，也可用“開”表示，但應(yīng)注意，由上式所定義的攝氏溫標(biāo)的零點(diǎn)與純水的冰點(diǎn)并不嚴(yán)格相等，沸點(diǎn)也不嚴(yán)格等于100。華氏溫標(biāo)華氏溫標(biāo)是經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)之一。在美國的日常生活中，多采用這種溫標(biāo)。規(guī)定在一大氣壓下水的冰點(diǎn)為32，沸點(diǎn)為212，兩個標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)之間分為180等分，每等分代表1。華氏溫度用字母表示。它的冰點(diǎn)為32，沸點(diǎn)是212，與攝氏溫標(biāo)兩標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)相對應(yīng)關(guān)系是100180=59，攝氏溫度（）與華氏溫度（F）之間的換算關(guān)系為：F=95+32，或=59(F-32)攝氏溫標(biāo)與華氏溫標(biāo)的各種溫度計(jì)，在玻璃管中根據(jù)不同的用途，裝有不同的液體（如煤油、酒精或水銀），由于液體膨脹與溫度之間并不嚴(yán)格遵守線性關(guān)系，而且不同的液體和溫度的非線性關(guān)系彼此也不一樣，由于測溫物質(zhì)而影響溫標(biāo)的準(zhǔn)確性，為此這些經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)已在廢棄之列。熱力學(xué)溫標(biāo)熱力學(xué)溫標(biāo)亦稱“開爾文溫標(biāo)”、“絕對溫標(biāo)”。它是建立在熱力學(xué)第二定律基礎(chǔ)上的一種和測溫物質(zhì)無關(guān)的理想溫標(biāo)。它完全不依賴測溫物質(zhì)的性質(zhì)。1927年第七屆國際計(jì)量大會曾采用為基本的溫標(biāo)。1960年第十一屆國際計(jì)量大會規(guī)定熱力學(xué)溫度以開爾文為單位，簡稱“開”，用K表示。根據(jù)定義，1開等于水的三相點(diǎn)的熱力學(xué)溫度的1/273.16。由于水的三相點(diǎn)在攝氏溫標(biāo)上為0.01，所以0=273.15K。熱力學(xué)溫標(biāo)的零點(diǎn)，即絕對零度，記為“0K”。熱力學(xué)溫標(biāo)，按照國際規(guī)定是最基本的溫標(biāo)，它只是一種理想溫標(biāo)。理想氣體溫標(biāo)由于在它所能確定的溫度范圍內(nèi)等于熱力學(xué)溫標(biāo)，所以往往用同一符號T代表這兩種溫標(biāo)的溫度。在理想氣體溫標(biāo)可以實(shí)現(xiàn)的范圍內(nèi)，熱力學(xué)溫標(biāo)可通過理想氣體溫標(biāo)來實(shí)現(xiàn)。蘭氏溫標(biāo)蘭氏溫標(biāo)是美國工程界使用的一種溫標(biāo)。開氏溫標(biāo)以水的三相點(diǎn)為273.16K，蘭氏溫標(biāo)以273.16K作為491.688R。它們都是從絕對零度起算，所以熱力學(xué)溫標(biāo)又叫絕對溫標(biāo)。華氏溫度tF與蘭氏溫度tR的關(guān)系是tF=tR-459.67。國際實(shí)用溫標(biāo)國際實(shí)用溫標(biāo)從準(zhǔn)確與實(shí)用出發(fā)，在1927年第七屆國際計(jì)量大會上決定采用國際溫標(biāo)。由于科學(xué)技術(shù)不斷地發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)上的需要，國際溫標(biāo)不斷修改，目前所采用的國際實(shí)用溫標(biāo)，是1968年國際計(jì)量委員會對1948年國際實(shí)用溫標(biāo)（1960年修正版）作了重要修改而建立的。1968年國際實(shí)用溫標(biāo)選取的方法，是根據(jù)它所測定的溫度可緊密接近熱力學(xué)溫度，而其差值應(yīng)在目前測定準(zhǔn)確度的極限之內(nèi)。1968年國際實(shí)用溫標(biāo)在國際實(shí)用開耳文溫度和國際實(shí)用攝氏溫度之間是用符號T68和t68來加以區(qū)分的。T68和t68之間的關(guān)系是：t68=T68-273.15。T68和t68的單位如在熱力學(xué)溫度T和攝氏溫度t中一樣仍為開爾文（符號K）和攝氏度（符號）。常用的換算公式是T=t+273.15。理想氣體溫標(biāo)即用任何一種氣體，無論定容還是定壓所建立的一種溫標(biāo)，在氣體壓強(qiáng)趨于零時的極限溫標(biāo)稱為“理想氣體溫標(biāo)”。定義式為T=limT（p）=limT（V）。為統(tǒng)一溫度的測量，在溫度的計(jì)量工作中采用理想氣體溫標(biāo)來實(shí)現(xiàn)熱力學(xué)溫標(biāo)，測溫屬性是理想氣體的壓強(qiáng)或體積。規(guī)定溫度與測溫屬性成正比關(guān)系，T（p）=ap，或T（V）=aV。選水的三相點(diǎn)為固定點(diǎn)，規(guī)定水的三相點(diǎn)溫度為273.16K。飽和蒸氣壓為610.5帕，因此可以得到測溫泡中氣柱在水的三相點(diǎn)時的壓強(qiáng)和體積。理想氣體溫標(biāo)用氣體溫度計(jì)來實(shí)現(xiàn)，但讀數(shù)與氣體的個性無關(guān)。受氣體共性限制，在氣體液化點(diǎn)以下及高溫下，理想氣體溫標(biāo)不適用。由于氦的液化溫度最低，且不易在金屬（鉑）中擴(kuò)散，所以氦溫度計(jì)，具有一定的優(yōu)越條件。溫度測量簡史最早的溫度計(jì)是意大利科學(xué)家伽利略于1593年發(fā)明的空氣溫度計(jì)，1612年又發(fā)明了液體溫度計(jì)，誤差比空氣溫度計(jì)要小得多。1709年荷蘭物理學(xué)家華倫海特用酒精，在1714年用水銀作為測溫物質(zhì)制造了比較精確的溫度計(jì)。他把水、冰和海鹽混合物的溫度定為零度，把健康人的血液溫度（正常體溫）定為另一固定點(diǎn)，期間分為424=96等分，按照這種分法，水的冰點(diǎn)定為32，標(biāo)準(zhǔn)大氣下水的沸點(diǎn)就是212，期間正好相差180。這就是現(xiàn)在所說的華氏溫度，直到現(xiàn)在仍有不少國家使用。1742年，瑞典天文學(xué)家攝耳修斯創(chuàng)立了攝氏溫度，這種溫度我們非常熟悉。1848年英國科學(xué)家開爾文創(chuàng)立了開氏溫標(biāo)，由國際計(jì)量大會命名為熱力學(xué)溫標(biāo)，這是至今為止最為科學(xué)的溫標(biāo)。1K=1，0K=-273所以攝氏溫度與熱力學(xué)溫度T的關(guān)系是：T=t+273(K)。人體的真實(shí)溫度研究表明，人體不同部位的溫度是不同的。代表人體真實(shí)溫度的是心臟和腦部的血液溫度，叫基礎(chǔ)溫度或核心溫度（core temperature），記作tc。這個溫度無法臨床測量。最接近基礎(chǔ)溫度的是人體內(nèi)的肺動脈、膀胱內(nèi)、食道內(nèi)和鼓膜處的溫度，可近似認(rèn)為與基礎(chǔ)溫度相等，這叫局域溫度。除了鼓膜外，在日常測量中也是很難測量的。在日常體溫測量中，是測量人體口腔（即舌下）、直腸（肛門內(nèi)）或腋下的溫度，分別記作to、tr和ta。這些部位的溫度容易測量，也相當(dāng)穩(wěn)定。但這些局部的溫度都互不相同，而且與基礎(chǔ)溫度有較大的差別，不代表人體的真實(shí)溫度。不同的人這些溫度與基礎(chǔ)溫度的差別也是不同的。文獻(xiàn)報(bào)道，口腔溫度to平均比肺動脈溫度低0.4，腋下溫度ta平均比肺動脈溫度低0.7。傳統(tǒng)上人們習(xí)慣把口腔溫度to作為體溫的代表，或稱為體溫的參照溫度，以to=37.0作為發(fā)燒與否的參照標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)然也可以測量皮膚表面的溫度（如額頭溫度）來作為體溫參照溫度，記作ts。但這樣做太粗糙了。因?yàn)閠s是不穩(wěn)定、不確定的一個值，我們將在下面介紹皮膚表面紅外溫度計(jì)時再加以詳細(xì)解釋。不論我們測量哪一個部位的溫度，他們與核心溫度tc都有差別，這個溫度差別是由人體生理因素形成的，叫做生理差別。溫度測量儀溫度測量儀表是測量物體冷熱程度的工業(yè)自動化儀表。最早的溫度測量儀表，是意大利人伽利略于1592年創(chuàng)造的。它是一個帶細(xì)長頸的大玻璃泡，倒置在一個盛有葡萄酒的容器中，從其中抽出一部分空氣，酒面就上升到細(xì)頸內(nèi)。當(dāng)外界溫度改變時，細(xì)頸內(nèi)的酒面因玻璃泡內(nèi)的空氣熱脹冷縮而隨之升降，因而酒面的高低就可以表示溫度的高低，實(shí)際上這是一個沒有刻度的指示器。1709年，德國的華倫海特于荷蘭首次創(chuàng)立溫標(biāo)，隨后他又經(jīng)過多年的分度研究，到1714年制成了以水的冰點(diǎn)為32、沸點(diǎn)為212、中間分為180的水銀溫度計(jì)，即至今仍沿用的華氏溫度計(jì)。水銀溫度計(jì)它是利用水銀熱脹冷縮的性質(zhì)而制造的一種測溫計(jì)。高溫可以測到300。由于熔點(diǎn)關(guān)系，測量-30以下的低溫時則不能使用。制造水銀溫度計(jì)，首先應(yīng)選取壁厚、孔細(xì)而內(nèi)徑均勻的玻璃管，經(jīng)酸洗等過程使管內(nèi)潔凈。一端加熱并吹成一個壁薄的球形或圓柱形的容器。水銀是在某種特定溫度下注入球形容器與玻管之中，此時水銀的溫度應(yīng)比以后所測之最高溫度還要高些。然后用火焰將灌滿水銀玻管的頂端封閉。當(dāng)水銀溫度降低時開始收縮，于是在水銀柱的上部管內(nèi)出現(xiàn)一段真空。溫度計(jì)的定標(biāo)分度，首先要確定兩個固定標(biāo)點(diǎn)，作為永不改變的標(biāo)記。將溫度計(jì)液泡部分，插入在一標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下正在熔解的冰塊中，當(dāng)水銀柱下降至某一處穩(wěn)定時，刻一記號作為下固定點(diǎn)。然后再將溫度計(jì)的整體，置于處在一標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的水蒸氣中，當(dāng)水銀柱上升停在某一位置不動時作一記號為上固定點(diǎn)。此二固定點(diǎn)間的距離，稱為基本標(biāo)距。此標(biāo)距的長短與溫度計(jì)的管徑以及液泡的容積有關(guān)。將這段標(biāo)距分成100等分，每一等分即為一度。在下固定點(diǎn)處標(biāo)0記號，在上固定點(diǎn)標(biāo)100記號。在熔點(diǎn)以下及沸點(diǎn)以上還可刻同樣長的標(biāo)度?？淘?以下的標(biāo)度，稱為冷度，刻在0以上稱熱度。由于溫度計(jì)的基本標(biāo)度被均分為100等分，故稱百分溫度計(jì)，又稱攝氏溫度計(jì)。除攝氏溫標(biāo)外也有采用華氏溫標(biāo)的，此溫標(biāo)以32為冰點(diǎn)，以212為沸點(diǎn)，其中等分180個刻度。華氏溫度計(jì)用字母F表示。水銀溫度計(jì)存在一定的缺點(diǎn)，例如，玻璃管的內(nèi)徑不可能完全相同，盡管每個刻度與每個刻度之間的距離相等，但由于管的內(nèi)徑不同，則每刻度之間水銀液柱的體積并不相等，因而造成誤差。當(dāng)玻璃管內(nèi)水銀受熱體積膨脹的同時，溫度計(jì)的玻璃管及液泡部分的玻璃也受熱膨脹。結(jié)果所讀出的只不過是水銀膨脹數(shù)值與玻璃膨脹數(shù)值之間的差數(shù)而已。由于水銀的凝固點(diǎn)（-38.87）與沸點(diǎn)（356.7）的關(guān)系，故它的計(jì)量只能在這個范圍之內(nèi)，可以測高溫。若用以測低溫，則必受限制。有關(guān)溫度計(jì)的介紹酒精溫度計(jì)構(gòu)造與水銀溫度計(jì)相同，唯管內(nèi)裝有含紅色染料的酒精。便于觀察，此種溫度計(jì)是用酒精為工作物質(zhì)。因酒精的沸點(diǎn)（78）較低，凝固點(diǎn)在-117，因此多用酒精溫度計(jì)作測低溫物質(zhì)。煤油溫度計(jì)的工作物質(zhì)是煤油，它的沸點(diǎn)一般高于150，凝固點(diǎn)低于-30。所以煤油溫度計(jì)的量度范圍約為-30150。因酒精的沸點(diǎn)是78，凝固點(diǎn)是-114。酒精溫度計(jì)能比煤油溫度計(jì)測更低的溫度，但高于78的溫度它就不能測定了。從中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室經(jīng)常要測量的溫度范圍來看，煤油溫度計(jì)比酒精溫度計(jì)更適用。當(dāng)學(xué)生看到溫度計(jì)的刻度在100，卻不加分析地把溫度計(jì)說成是酒精溫度計(jì)，這是錯誤的（酒精溫度達(dá)到78就已經(jīng)沸騰了，豈能有100的溫度刻度）。目前中學(xué)實(shí)驗(yàn)室里所用的裝有紅色工作物質(zhì)的溫度計(jì)，一般都是煤油溫度計(jì)，而不是酒精溫度計(jì)。高溫計(jì)測量由物體輻射形成的極高溫度（約1000以上）用的裝置。它用在冶金工業(yè)和其他技術(shù)部門。由于待測溫度的范圍不同。高溫計(jì)的類型亦有多種，如光測高溫計(jì)，輻射高溫計(jì)，電阻溫度計(jì)及熱電偶溫度計(jì)等。低溫計(jì)用來測量極低溫度的溫度計(jì)。管內(nèi)盛無色酒精及一個啞鈴狀黑色細(xì)小的玻璃棒，用時平放，溫度降低時酒精收縮，由表面張力作用使棒下降；溫度升高時，此小棒即附著不動。若再作測定時，可將溫度計(jì)倒立即可恢復(fù)原狀。電阻溫度計(jì)是利用導(dǎo)體電阻隨溫度變化而改變的性質(zhì)而制成的測溫裝置。通常是把純鉑細(xì)絲繞在云母或陶瓷架上，防止鉑絲在冷卻收縮時產(chǎn)生過度的應(yīng)變。在某些特殊情況里，可將金屬絲繞在待測溫度的物質(zhì)上，或裝入被測物質(zhì)中。在測極低溫的范圍時，亦可將碳質(zhì)小電阻或滲有砷的鍺晶體，封入充滿氦氣的管中。將鉑絲線圈接入惠斯通電橋的一條臂，另一條臂用一可變電阻與兩個假負(fù)載電阻，來抵償測量線圈的導(dǎo)線的溫度效應(yīng)。電阻將按下列公式隨溫度發(fā)生變化：R=R0(1+a)式中R是的電阻，R0是0時的電阻，a是常數(shù)。比較精確的式子是：R=R0(1+a+b)式中b是第二個常數(shù)。電阻溫度計(jì)在-2601200范圍內(nèi)，可作極精確的測定。它適用范圍廣，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出水銀溫度計(jì)。可作測溫的標(biāo)準(zhǔn)。溫差電偶溫度計(jì)利用溫差電偶來測量溫度的溫度計(jì)。將兩種不同金屬導(dǎo)體的兩端分別連接起來，構(gòu)成一個閉合回路，一端加熱，另一端冷卻，則兩個接觸點(diǎn)之間由于溫度不同，將產(chǎn)生電動勢，導(dǎo)體中會有電流發(fā)生。因?yàn)檫@種溫差電動勢是兩個接觸點(diǎn)溫度差的函數(shù)，所以利用這一特性制成溫度計(jì)。若在溫差電偶的回路里再接入一種或幾種不同金屬的導(dǎo)線，所接入的導(dǎo)線與接觸點(diǎn)的溫度都是均勻的，對原電動勢并無影響，通過測量溫差電動勢來求被測的溫度，這樣就構(gòu)成了溫差電偶溫度計(jì)。這種溫度計(jì)測溫范圍很大。例如，銅和康銅構(gòu)成的溫差電偶的測溫范圍在200400之間；鐵和康銅則被使用在2001000之間；由鉑和鉑銠合金（銠10%）構(gòu)成的溫差電偶測溫可達(dá)千攝氏度以上；銥和銥銠（銠50%）可用在2300；若用鎢和鉬（鉬25%）則可高達(dá)2600。光測高溫計(jì)是利用熱源輻射的亮度和溫度的關(guān)系來測量高溫的儀器。當(dāng)光測高溫計(jì)對著熔鐵爐時，從其望遠(yuǎn)鏡（望遠(yuǎn)鏡管內(nèi)裝一紅色玻璃濾色鏡及一個小燈泡）里看到燈泡的黑色燈絲及后面爐火的強(qiáng)光。燈絲和電源與可變電阻串接，調(diào)節(jié)可變電阻的阻值使適當(dāng)?shù)碾娏魍ㄟ^燈絲。直到燈絲的亮度與爐火的亮度相同時為止。如果事先在安培表上將已知溫度值刻好，則由安培表的讀數(shù)就可以直接讀出溫度的數(shù)值。測溫時，不需將儀器與被測體接觸，因此光測高溫計(jì)，可用來測很多金屬的熔點(diǎn)以上的溫度。全輻射高溫計(jì)是一種測量高溫輻射源的儀器。將來自輻射源的輻射，經(jīng)凹面鏡會聚到一塊涂黑的箔片上，此箔片貼在溫差電偶上。根據(jù)測出的溫差電動勢，即可知道箔片的溫度。于是從箔片上的溫度反映，得知輻射源的溫度。最高最低溫度計(jì)即“息克斯溫度計(jì)”。它能指出在測量時間內(nèi)所達(dá)到的最高溫度和最低溫度，但不能指出確切的時間。管內(nèi)分別裝入水銀和無色酒精，由于酒精與水銀膨脹系數(shù)懸殊，當(dāng)溫度上升時，酒精膨脹，于是迫使水銀擠向毛細(xì)管內(nèi)而上升，上指針亦隨之而上升，指示到達(dá)最高溫度；當(dāng)溫度下降，則水銀回流至另一管，將下指針推至最低溫度處。貝克曼溫度計(jì)也是一種玻璃管里貯有水銀的溫度計(jì)。它的構(gòu)造特點(diǎn)是在裝水銀的細(xì)管上部，有一個可調(diào)節(jié)水銀量的空泡，通過調(diào)節(jié)水銀的流入量，從而改變可測溫度的高低，但整個管長只允許有幾度范圍的溫度變化。它的用途是能比較準(zhǔn)確地測量溫度差?？潭瓤芍苯幼x出0.01，可估計(jì)到0.001，相當(dāng)精確。這一溫度計(jì)的整個測溫范圍僅有5或6，所以它能測5或6的溫度差?；善瑴囟扔?jì)是在水銀面上放一短小的鐵棒，當(dāng)溫度變化上升時，水銀推棒前進(jìn)；溫度下降時，水銀縮回，而鐵棒則留在實(shí)際溫度所到的最高刻度處。記錄最高溫度時，將此測溫計(jì)橫放。如計(jì)劃再作測定時，可用磁鐵將鐵棒吸回，或?qū)囟扔?jì)直立即可。氣體溫度計(jì)利用一定質(zhì)量的氣體作為工作物質(zhì)的溫度計(jì)。用氣體溫度計(jì)來體現(xiàn)理想氣體溫標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)溫標(biāo)。用氣體溫度計(jì)所測得的溫度和熱力學(xué)溫度相吻合。氣體溫度計(jì)是在容器里裝有氫或氮?dú)?，它們的性質(zhì)可外推到理想氣體。這種溫度計(jì)有兩種類型：定容氣體溫度計(jì)和定壓氣體溫度計(jì)。定容氣體溫度計(jì)是氣體的體積保持不變，壓強(qiáng)隨溫度改變。定壓氣體溫度計(jì)是氣體的壓強(qiáng)保持不變，體積隨溫度改變。定容氣體溫度計(jì)是保持氣體體積不變，由氣體的壓強(qiáng)算出所測溫度的一種裝置。測溫泡（材料由待測溫度范圍和所用的氣體決定）內(nèi)貯有一定質(zhì)量的氣體（一般裝有氦，氫或氮?dú)猓?，?jīng)毛細(xì)管與水銀壓強(qiáng)計(jì)的左臂相連。測量時，使測溫泡與待測系統(tǒng)相接觸，然后上下移動壓強(qiáng)計(jì)的右臂M，使左臂中的水銀面在不同的溫度下始終保持固定在同一位置0處，以保持氣體的體積不變。當(dāng)待測溫度不同時，氣體的壓強(qiáng)不同，這個壓強(qiáng)可由壓強(qiáng)計(jì)兩臂水銀面的高度差h和右臂上端水銀面所受的大氣壓強(qiáng)求得。這樣，就可由壓強(qiáng)隨溫度的改變來確定溫度。在實(shí)際測量的過程中，還必須考慮到各種誤差的影響，例如，測溫泡和毛細(xì)管的體積隨溫度的改變，以及毛細(xì)管中那部分氣