水银为什么能测温,水银体温计的由来
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水银为什么能测温,水银体温计的由来

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原则上,任何特性随温度明显变化的物质都可以用来测量温度。 我们也可以使用颜色随温度变化的物质。当这种物质发出蓝光时,人们可以认出温度很高。当它发出红光时,人们可以认
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原则上,任何特性随温度明显变化的物质都可以用来测量温度。 我们也可以使用颜色随温度变化的物质。当这种物质发出蓝光时,人们可以认出温度很高。当它发出红光时,人们可以认出温度很低。

同样,当温度上升或下降时,小玻璃管中的水上升或下降。 这是每个密封、充液温度计的工作原理 然而,如果像水这样丰富而廉价的东西能如此有效,为什么我们坚持使用像水银这样稀有而昂贵的东西呢?

水银温度计

在第一个温度计发明后的几个世纪里,人类学会了热力学温度 因此,最初温度计定义了温度 然而,第一温度计不是温度测量仪器或热测量仪器,而是温度测量范围,其仅指示温度是高还是低。 这些设备尚未校准到标准范围,它们只能做出粗略或模糊的评估。

第一个温度计发明被认为是亚历山大的英雄,一个热切的工程师,被认为是古代最伟大的实验者。 他设计的装置由一根充满空气的管子组成,管子的末端浸没在一小碗水中。 当恒温器接触热表面或冷表面时,空气会膨胀或收缩,导致空气-水界面波动。

甚至伽利略的发明也遵循同样的原则 然而,这些发明不仅没有刻度,而且对空气压力敏感。为了设计一种只对热有反应的装置,伽利略的学生约瑟夫·德尔梅迪戈发明了第一种密封的内置液体玻璃温度计 这是第一个温度计,因为它标有刻度 然而,他密封的液体不是水,而是酒精。

在恒压下,物质受热膨胀,因为热量增加了原子的动能,导致它们剧烈运动,从而相互分离。体积的增加在固体中很明显,例如金属轨道和橡胶轮胎,以及液体,例如水、酒精、水银和卤素。 然而,每种物质的膨胀程度随着温度的升高而不同。这个物质常数叫做膨胀系数。

酒精比水更受欢迎,原因很简单,酒精的膨胀系数更高。

即使很小的温度变化也会导致其在管道中的体积发生剧烈变化。然而,酒精是如此脆弱,以至于这些变化会导致试管中的酒精性能几乎不稳定。 随着温度的轻微变化,液体界面会不断变化。这种不确定性令人担忧,因为当温度计从一锅沸水中取出时,读数将立即变为新环境的温度,而新环境无法测量我们想要的开水的温度。

为了避免这种不可靠性,荷兰发明家丹尼尔·瓦伦黑特用水银代替了酒精 水银的膨胀系数高于水的膨胀系数,这意味着其体积随温度变化更明显。 然而,它的变化值几乎是酒精的六倍。 换句话说,每升高一个温度,酒精的体积就比水银大6倍。

这意味着水银在密封玻璃管中的上升速度比酒精慢得多,但这也意味着温度计从装满沸水的罐子中取出时,下降速度会一样慢。 它的读数将有效地不受干扰,使温度计非常可靠。

在本发明之前温度计是独一无二的,它们的读数不符合任何标准标度范围。然而,瓦伦黑特提供了一个范围读数,适用于所有水银温度计,并最终扩展到所有温度计 这种转变并不复杂,因为几乎所有的水银温度计都是沃伦海姆自己做的。后来,这个比例略有变化,现在这个温度计叫做华氏温度计。

酒精的过敏可以通过它的优点得到补偿与水银相比,酒精便宜得多,不那么稀有而且无毒如果水银温度计损坏,实验室可能需要密封几个小时,因为吸入水银会导致严重的健康问题 酒精不是这样的威胁。

更重要的是,水银冰点是-40℃,酒精冰点是-115℃ 这意味着水银温度计不能测量-40℃的温度,因此它不能经常用于科学实验室或超导技术制造业。
但酒精是无色的,这迫使制造商向酒精中添加人工染料,使其清晰可见。此外,尽管酒精可以测量极低的温度,但它不能测量超过78.37℃的温度,因为这是酒精的沸点 与沸点水银356.7℃相比,它低得可怜。

虽然我们无法改变水银罕见、昂贵和有毒的特性,但我们仍然可以突破它的温度限制。 为了进一步提高沸点,水银通常用惰性气体如氮气密封 惰性气体增加了液体上的压力水银,从而进一步提高了其沸点。

我们还可以通过将其与铊结合来降低冰点。这些新的水银-铊温度计现在可以测量-62℃的温度 虽然水银温度计有一些小瑕疵,但它被认为是最准确的温度计。

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