登陆注册
2891800000008

第8章 冷热的标尺——温度(2)

早在几十年前,科学家通过大量实验得出了一个普遍结论,即绝对零度是不可能达到的,或者说不可能施行有限的过程把一个物体制冷,直至达到绝对零度,这个结论称为热力学第三定律。

热力学第三定律是总结大量实验结果而归纳得出的定律,它是普遍适用的。为什么绝对零度是不可能达到的?科学家已证明,绝对零度本来就不是一个实际的温度,它是对实际降温过程的一个推论。从理论上讲,这个推论出来的温度是任何物体都能达到的低温的极限。从实际上看,人们可以通过种种努力接近绝对零度,但不能达到绝对零度。

温度的测量

18世纪是热学的真正开端,首先是计温学在这一时期迅速地发展起来。尽管伽利略、盖利克、让·莱伊以及西门图学院的院士们已在17世纪发明了第一批验温器并不断做了改进,但它们仍不便于得出定量测定的结果,不同验温器中的不同测温质、不同固定点以及刻度的随意性等,使这些验温器只适于对该处温度涨落作相对的估计。

出生于巴黎的阿蒙顿,先后独立研究过天体力学、物理学、数学、建筑学。他早年失聪,这给他的生活带来诸多不便,也使他无法确定职业。但阿蒙顿并没有为这个不幸而感到痛苦万分和悲观失望,他认为能不能听到声音都无法阻挡他从事心爱的研究工作,他甚至乐观地从这不幸中看到了有幸的成分,因为可以不受外界干扰,而专心致志地从事实验研究。

1703年,阿蒙顿提出了气体测温计的一个有趣的结构,这是一个外形呈U形的固定体积的温度计,主要利用空气的压强来测量温度。

阿蒙顿在U形玻璃管的较短的一臂上连接一个空心玻璃球,较长的一臂长114厘米(45英寸),将水银注入U形管中并进入玻璃球的下部。测温时使水银始终保持球内空气的体积不变,而用两边水银面的高度差——球内定容气体的压强与大气压强之差来量度温度。

阿蒙顿将玻璃球先放入冰中,然后再放入沸水中,记下了这两种情形下的水银面的差值(以英寸为单位),并假定玻璃球内空气的压强正比于温度而变化,从而使他能够依据长臂中水银面的位置来确定任意温度。

但是,由于阿蒙顿只选择了水的沸点作为一个固定点而并不了解水的沸点受大气压的影响,所以他的温度计并不十分准确;加之这种温度计的结构,用于实际目的也不方便,所以还不是实用的温度计。

在计温学的发展史上,第一只实用的温度计是由德国迁居荷兰的玻璃工匠华伦海特于1709年开始制造的。华伦海特迁居荷兰后,学习和掌握了制作玻璃器皿的技术,成为一个气象仪器制造商。1708年,他到丹麦首都哥本哈根旅行,看到了罗默制作的温度计。回到荷兰后,他就开始制作罗默温度计。在了解到阿蒙顿利用水银制造的温度计后,华伦海特也改用水银代替酒精,并开始研究温度计的精密结构。

华伦海特制造实用的温度计深受阿蒙顿工作的影响,这从他提交给《哲学学报》的一篇论文中充分地反映出来。华伦海特写道:“我从巴黎皇家学会出版的《科学史》获悉,著名的阿蒙顿曾用自己发明的温度计发现水能在某一固定温度下沸腾的原理。我心中立即产生了一种愿望,很想自己做一个类似的温度计,能亲眼看到那瑰丽的自然现象并证实他的实验的正确性。”

然而制造出实用的温度计虽不是一件易事,却是一件十分迫切需要的事。当时,荷兰的阿姆斯特丹市出现了少有的严寒,几乎每条街面上都是皑皑白雪。

华伦海特家来了两位老人,一进屋就发生了争论。一位说:“即使年岁再大的老人也不记得有过这样的严寒了。”另一位则不服气地说:“可是到底谁知道今年是不是最冷呢?很可能,几百年前的冬天要比我们今年的冬天还要冷呢?要是我们不在人世的话,不知道今后是什么情况呢?”此时,年仅23岁的华伦海特也加入到争论中来。他目光炯炯,颇动感情地说:“我找到了一个办法,有了这个办法,在许多年之后,我们的子孙们可以说出到底哪个冬天最冷了。”

两位老人都笑了起来,异口同声地问:“你有什么好办法呢?”华伦海特很有礼貌地站起身,用手向外一指,说:“请原谅,到我的小工厂去参观一下吧!”两位老人随华伦海特向一所房子走去。他们所见到的东西使他们大为吃惊。一个很大的熔铁炉占去了大半个房间,炉旁是成堆的大大小小的管子、一个小熔炉以及许多五花八门的玻璃仪器。

华伦海特把老人领到桌前,桌上摆着一些器皿,器皿上安装着一些细高细高的、底部封闭的玻璃管。管子里有的装着带色的酒精,有的则装着水银。“请看!”华伦海特用手摸着一个小管子说,“我在这根玻璃管里充满了酒精。”他用手指着另一个小管子说,“在这根管子里注入了水银。”华伦海特继续说,“请注意,在这两个管子上都有刻度。当我把这两个管子浸到热水里时,酒精或水银都会升高。而我标定0点的地方是我把管子浸在冰、水、氯化铵的混合液体里时,酒精和水银停止的地方,这是我所能得到的最低温度。因此,我认为即使是最寒冷的冬天,温度也可用这些温度计表示出来。”

“不可思议!”其中一位老人耸了耸肩,“怎么能拿玻璃皿里的冷与上天安排来折磨整个世界的严冬相比较呢?”

“可以比较,可以!”华伦海特一点儿也不让步,“温度计中的酒精或水银是活动的,将温度计放在室外可以显示温度的变化。酒精或水银柱的高度在冬天比夏天要低,没有一个冬天能使酒精或水银下降到像在这个混合液里一样低。”……华伦海特送走了两位老人,继续进行温度计的研究。1724年,他在皇家学会的刊物《哲学学报》上发表了制造温度计的方法,即发表了关于实用温度计的第一篇论文。他那时所设计的温度计选用了两个固定点:结冰的盐水混合物的温度和人体血液的温度,并把它们之间的间隔分为96度。在华伦海特后来发表的论文中,他又采取了不同的刻度法,其中最后一个刻度法后来以他的名字命名。这个刻度法规定了三个固定点:冰、水和氯化铵的混合温度;冰、水混合温度;水的沸点。

当华伦海特的温度计被荷兰人和英国人采用时,其他国家却迟迟看不到它的价值。而法国博物学家列奥米尔为了消除刻度不一致的困难,致力于制造一个既方便又能达到精确要求的温度计。他只取一个定点,即雪的熔点为0°,而把酒精体积改变1/100的温度变化作为1°,这样水的沸点就为80°。

但是,列奥米尔温度计的实用效果并不很好,各种各样难以置信的读数都被显示出来。1742年,瑞典天文学家摄耳修斯在《对一个寒暑表上两个固定点的观察》一文中引入了百分刻度法。他用水银作测温质,研究了雪的融化点和水的沸点与大气压力的关系。在进行这个试验时,他将温标上这两个点之间分成一百个格并把水的沸点定为0°,冰的熔点定为100°。后来他接受同事斯特雷姆的建议,也可能受到植物学家林耐的提醒,把这两个定点的标度值对调过来。

以上各种温度计中,摄氏温度计较实用、方便。1948年第9届国际计量大会,把百分刻度法定名为摄氏温标。它有两个定点:纯水在标准大气压下的沸点,冰在标准大气压下与由空气饱和的水相平衡时的熔点。1960年第11届国际计量大会决定,把水的三相点温度作为热力学温标的单一定点,并定为273.16K。标准大气压标准大气压,是压强的单位,是指在标准大气条件下海平面的气压,其值为101.325kPa。标准大气压值的规定,是随着科学技术的发展,经过几次变化的。最初规定在摄氏温度0℃、纬度45°、晴天时海平面上的大气压强为标准大气压,其值大约相当于760mm汞柱高。后来发现,在这个条件下的大气压强值并不稳定,它受风力、温度等条件的影响而变化。于是就规定760mm汞柱高为标准大气压值。但是后来又发现760mm汞柱高的压强值也是不稳定的,汞的密度大小受温度的影响而发生变化。

为了确保标准大气压是一个定值,1954年第十届国际计量大会决议声明,规定标准大气压值为101.325kPa。

同类推荐
  • 长大有意思

    长大有意思

    “中国儿童文学名家精品畅销书系”之一,收录了郁雨君小说和散文中的经典作品。作者以明朗而优美的语言、深沉的笔触,随心所欲地顾盼和表现周围的青春男女,同时也在从容自如地表现自己的内心和情感世界。
  • 绿野仙踪

    绿野仙踪

    《绿野仙踪》是鲍姆的代表作,本书主要讲述的是生活在堪萨斯州的小女孩多萝茜被一阵旋风带到了神奇的魔法世界,并与小伙伴没有头脑的稻草人、没有心脏的铁皮人、胆小的狮子一起历险并实现愿望的故事。一路上,他们路过了温基国,陶瓷国,桂特林国,还有发着绿光的翡翠城。遇到了神奇的捉人树,凶猛的射头人,还有友好又顽皮的飞猴。童话的内容突出了善与恶的明显立场,两个恶女巫都被多萝茜杀死了,小女孩还解放了被她们奴役的善良百姓。而善良的多萝茜和她的小伙伴们都完成了心愿,并快乐地生活。书中奇幻的场景,扣人心弦的情节,无穷无尽的想象力,都使得《绿野仙踪》成为当之无愧的童话经典。
  • 伊索寓言(中)

    伊索寓言(中)

    《伊索寓言》是古希腊民间流传的讽喻故事,经过后人的不断加工,终成现在流传的故事形式。从该作品的内容来看,其时间跨度很大,内容多是来自民间的传说。大多是动物故事,以动物为喻,所反映的多是生活在社会底层的广大人民的生活和思想感情及其智慧。
  • 昆虫记:蓑蛾的保护层(第7卷)

    昆虫记:蓑蛾的保护层(第7卷)

    中国唯一全译插图本跨越两个世纪的传世经典献给所有敬畏生命、热爱生活的读者它们捕猎、相爱、生儿育女,它们诈取、被杀、朝生夕死……昆虫的世界从不绝望,它们永远生机勃勃。卷七:蓑蛾的保护层法布尔将专业知识与人生感悟融于一炉,用自己客观、独特的眼光描述了象虫、叶甲、步甲、石蛾和蓑蛾等昆虫的生活习性,字里行间洋溢着作者本人对生命的尊重和热爱,宛如一幅描绘属于昆虫秘密花园的精美画卷。对生命的最后时刻感到不安的心态,成了我们的最大痛苦,同时也显示了我们的崇高伟大。——法布尔《昆虫记第七卷:蓑蛾的保护层》
  • 青少年应该知道的百部世界名著

    青少年应该知道的百部世界名著

    《青少年应该知道的知识小百科》丛书共12册,它内容健康、有益,形式新颖、独特,把人类几千年来最具代表性的智慧与知识介绍给广大的青年朋友,集经典性、知识性、实用性、趣味性于一体。
热门推荐
  • 草原天道:永恒与现代(修订版)

    草原天道:永恒与现代(修订版)

    书中详细介绍了游牧文明的兴衰历程,着重讲解了蒙古高原数千年的游牧历史,并将其与其他国家的游牧发展做了比较。作者在书中从政治、经济、文化以及民族迁徙等多个角度分析了畜牧业发展的轨迹,让人信服地剖析了草原畜牧业发展必然超越游牧生产阶段,达到生态平衡和可持续的现代化畜牧业阶段的趋势。
  • 凡骨仙家

    凡骨仙家

    【宠文爽文】某男勾勾修长有型的手指:“乖,过来!”某女紧张地左脚绊右脚摔了个小跟头,某男一把扶住。某女:“你,你要干嘛?”某男:“你脸上有个饭粒。”某女:“……!”贱渣男,白莲花?很好!本姑娘专业虐渣很多年!滔天灵力,丹药在手,姐要开创凡仙大境!美人会武术,谁都挡不住!等等,有个帅哥正在靠近,容我切换成病娇俏美小白花一枚~
  • 末日之超级领主

    末日之超级领主

    末日之中,丧尸遍地!丧尸不断变异,人类幸存者该何去何从?神秘的黑魂塔降临,给了人们一丝变强的契机。末日当天,林源被女朋友甩了,而且意外的获得了英雄无敌三的系统。当我手持英三系统,当为末日大领主!
  • 相府庶女:废妃不好惹

    相府庶女:废妃不好惹

    家族覆灭,含怨重生!她成为仇人的庶女。渣父妄图利用?将计就计拔其爪牙。夫人为治病剥她皮?那就毁掉嫡姐那张脸!腹黑世子主动求合作?照单全收!诶诶诶,怎么转眼被合作对象吃干抹净,还听他振振有词:“这不过是利息!”
  • 万事有灵

    万事有灵

    这个简介本来应该衣鬼写的,但他好像很忙,那就我来呗。最近生活越来越难,我的本领本该当个月老届一把手,结果才接了一单就被人投诉下岗。我说的没错啊,他俩缘不相适,结婚也要离,我让他俩分手怎么了?工作没了,我连饭都吃不起......算了算了,不多说了,主角也不是我。
  • 教授越来越幽默

    教授越来越幽默

    书法教授莫惊龙最近发明了一种新的字体——青蛙体。他坚信这是中国书法在现代社会的又一里程碑。此外他还发现一种书法哲学,认为书法和飞机的发明一样都源于自然界。如果说蜻蜓给飞机的发明提供了灵感,那么青蛙对于书法的启示也是顺乎宇宙规律的。我们最初的象形汉字不也是出于对事物的模仿么?况且书上也说:“夫书肇于自然,自然既生,阴阳生焉,阴阳既生,形势生焉……”然而这一套理论,他的老婆和同事都不以为然,特别是他的学生,每当教授在黑板上展示成果时他们就疯了一般爆笑如雷,根本不买老师的账。
  • 社区体育工作实用手册

    社区体育工作实用手册

    近年来,东城区的全民健身事业取得了长足发展,在推动社区体育理念传播领域进行了深入广泛的实践,创建了全国第一个以奥林匹克命名的社区——东四奥林匹克社区,率先提出了“体育生活化”的理念,被北京市推荐参加全国“全民健身示范城区”的创建。东城区将奥林匹克社区建设经验和体育生活化建设经验有机整合成效显著,有效地引导了人们把体育健身作为基本生活方式,推进了体育进家庭、进单位、进学校,使群众更好地享受体育带来的健康和快乐,真正把奥林匹克精神传承工作落到了实处。
  • Master Humphrey's Clock

    Master Humphrey's Clock

    本书为公版书,为不受著作权法限制的作家、艺术家及其它人士发布的作品,供广大读者阅读交流。汇聚授权电子版权。
  • 纵横之异界灵神

    纵横之异界灵神

    天生废柴,十几年的修炼根本不及同龄人的水平,加上他在家族中地位低下,一直被人视为弱者,认为只是浪费粮食般的存在。可是,谁又能够想到,少年坎坷的命运之下竟会掩藏着天大的机缘。只因为他,记起了前世。大陆武者的巅峰,史诗般神话,都将重新谱写。
  • 冷皇霸爱:极品召唤妻

    冷皇霸爱:极品召唤妻

    现代召唤师夏洛离学艺不精,在一次试验中无意穿越到了一个不曾知晓的国度:夜久国。莫名其妙的成了腹黑王爷离王的小妾,在王府里面用高超的召唤术斗智斗勇。而离王,也渐渐爱上了与众不同的夏洛离。【情节虚构,请勿模仿】