物理史話之溫標還可以是這樣的攝爾修斯

我們在前面講到了華倫海特,以他名字命名的溫標稱為華氏度,但是我們平時在生活中用到更多的是攝氏度,那麼攝氏度又是誰確定的呢,為什麼既有華氏度,又有攝氏度呢?科普君帶你一起來了解攝氏度的發明者瑞典天文學家攝爾修斯。

物理史話之溫標還可以是這樣的攝爾修斯

安德斯·攝爾修斯

安德斯·攝爾修斯於1701年出生在瑞典的烏普薩拉,他的父親是烏普薩拉大學的天文學教授,祖父是一名數學家,外祖父是一名天文學家。攝爾修斯很小的時候就表現出一定的數學天賦,後來跟隨他的父親在烏普薩拉大學學習天文學。1728年,由於一位數學教授外出遊學,攝爾修斯代替他在大學任教,1730年攝爾修斯正式成為一名烏普薩拉大學的天文學教授。1732-1736年,攝爾修斯到歐洲一些國家旅行,擴展自己的知識,他參觀了柏林等地的天文臺,並和那裡的天文學家建立起良好的學術關係。1733年,他在紐倫堡發表了一篇與其他學者合作的文章,這篇文章的主要內容是1716-1732年間對316宗極光觀測的成果.1736年,攝爾修斯跟隨莫佩爾蒂率領的一支法國遠征隊到瑞典北部對子午線的弧長進行測量,以便解決關於地球形狀的爭論.1741年他回到烏普薩拉,在烏普薩拉大學的資金幫助下,於烏普薩拉的中心創辦一座天文臺。1742年在一篇給瑞典皇家科學院的論文中,他提出了攝氏溫標。

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烏普薩拉大學

18世紀30年代,華倫海特和列奧米爾都確定以水的凝固點為溫度計的固定點,但是日內瓦的克雷斯特卻選擇巴黎天文臺84英尺深的地下室所測的大地的溫度作為一個固定點,攝爾修斯比較了使用不同的溫度計記錄的1740年1月25日早上的溫度,不同溫度計讀出的溫度各不相同,非常混亂,因此建立一個固定的溫度標準是很有必要的。1742年,攝爾修斯用瑞典語發表題為《溫度計兩確定度數的觀測》一文,報告了他對水的凝固點與緯度和大氣壓無關的實驗研究結果,同時確定了水的沸點與大氣壓的關係,並給出一條氣壓與標準氣壓不同時,沸點變化的定律。他在溫度計上的兩個固定點(即水的凝固點和沸點)之間採用100個刻度劃分。

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溫度計

對水的凝固點的溫度進行測量時,攝爾修斯發現一定要將溫度計放入冰水混合物中至少半個小時才能測得穩定的溫度。他在兩年冬季的數月中,在不同情況下測量冰水混合物的溫度,研究大氣壓的變化對水的凝固點變化的影響,最終他發現大氣壓的變化對水的凝固點沒有任何影響。由此攝爾修斯得出結論,水的凝固點不隨大氣壓和緯度的變化而變化,因此非常適合做溫度計的一個確定點。在研究水的沸點的實驗中,攝爾修斯專門選取了雪水、河水、井水,加熱使其沸騰,發現溫度是不變的,因此他得出結論任何水質的沸點都可作為溫度計上的固定點。攝爾修斯相信華倫海特在阿姆斯特丹所指出的水的沸點溫度與氣壓有一定關係。通過實驗,攝爾修斯得出在水沸騰時,水銀氣壓計汞柱下降1吋(英寸,1吋=29.69mm),則溫度計裡的汞柱就下降7.92G(G是長度單位,1G=0.3mm)。攝爾修斯最終定義在適合的壓強下(一個大氣壓下)水的沸點可以作為溫度計上的一個確定點。在1742年發表的論文中,攝爾修斯選擇水的凝固點和沸點作為溫度計的兩個固定點,沸點為0°,凝固點為100°,把中間刻度劃分為100份,創立了攝氏溫標。攝爾修斯對攝氏溫標兩個固定溫度的研究,始終都是以實驗為依據,不斷重複實驗,確定單一變量,最終得出水的凝固點和沸點在氣壓不變的情況下是不變的。他還研究不同水質對水的凝固點和沸點的影響,這些都表現出攝爾修斯在研究工作中的認真嚴謹。

1750年,攝爾修斯的同事斯托瑪把攝爾修斯提出的兩個定點的標值顛倒,即定義水沸騰為100°,結冰點為0°,但仍稱攝氏溫標。攝氏溫標的建立使計溫學日趨完善,促進了實驗熱學研究的進展,此後雖然又陸續發現一些新的測溫手段,但經驗溫標已經定型1990年新的國際溫標確立水的沸點在一個大氣壓下更加準確的數值是100℃-99.75℃,但這一點變動不會影響到平均值,攝氏溫標仍為一個大氣壓下水的沸點為100℃,凝固點為0℃。

1744年,攝爾修斯因患有肺結核病而在烏普薩拉去世,享年43歲。


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