物理史话之温标还可以是这样的摄尔修斯

我们在前面讲到了华伦海特,以他名字命名的温标称为华氏度,但是我们平时在生活中用到更多的是摄氏度,那么摄氏度又是谁确定的呢,为什么既有华氏度,又有摄氏度呢?科普君带你一起来了解摄氏度的发明者瑞典天文学家摄尔修斯。

物理史话之温标还可以是这样的摄尔修斯

安德斯·摄尔修斯

安德斯·摄尔修斯于1701年出生在瑞典的乌普萨拉,他的父亲是乌普萨拉大学的天文学教授,祖父是一名数学家,外祖父是一名天文学家。摄尔修斯很小的时候就表现出一定的数学天赋,后来跟随他的父亲在乌普萨拉大学学习天文学。1728年,由于一位数学教授外出游学,摄尔修斯代替他在大学任教,1730年摄尔修斯正式成为一名乌普萨拉大学的天文学教授。1732-1736年,摄尔修斯到欧洲一些国家旅行,扩展自己的知识,他参观了柏林等地的天文台,并和那里的天文学家建立起良好的学术关系。1733年,他在纽伦堡发表了一篇与其他学者合作的文章,这篇文章的主要内容是1716-1732年间对316宗极光观测的成果.1736年,摄尔修斯跟随莫佩尔蒂率领的一支法国远征队到瑞典北部对子午线的弧长进行测量,以便解决关于地球形状的争论.1741年他回到乌普萨拉,在乌普萨拉大学的资金帮助下,于乌普萨拉的中心创办一座天文台。1742年在一篇给瑞典皇家科学院的论文中,他提出了摄氏温标。

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乌普萨拉大学

18世纪30年代,华伦海特和列奥米尔都确定以水的凝固点为温度计的固定点,但是日内瓦的克雷斯特却选择巴黎天文台84英尺深的地下室所测的大地的温度作为一个固定点,摄尔修斯比较了使用不同的温度计记录的1740年1月25日早上的温度,不同温度计读出的温度各不相同,非常混乱,因此建立一个固定的温度标准是很有必要的。1742年,摄尔修斯用瑞典语发表题为《温度计两确定度数的观测》一文,报告了他对水的凝固点与纬度和大气压无关的实验研究结果,同时确定了水的沸点与大气压的关系,并给出一条气压与标准气压不同时,沸点变化的定律。他在温度计上的两个固定点(即水的凝固点和沸点)之间采用100个刻度划分。

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温度计

对水的凝固点的温度进行测量时,摄尔修斯发现一定要将温度计放入冰水混合物中至少半个小时才能测得稳定的温度。他在两年冬季的数月中,在不同情况下测量冰水混合物的温度,研究大气压的变化对水的凝固点变化的影响,最终他发现大气压的变化对水的凝固点没有任何影响。由此摄尔修斯得出结论,水的凝固点不随大气压和纬度的变化而变化,因此非常适合做温度计的一个确定点。在研究水的沸点的实验中,摄尔修斯专门选取了雪水、河水、井水,加热使其沸腾,发现温度是不变的,因此他得出结论任何水质的沸点都可作为温度计上的固定点。摄尔修斯相信华伦海特在阿姆斯特丹所指出的水的沸点温度与气压有一定关系。通过实验,摄尔修斯得出在水沸腾时,水银气压计汞柱下降1吋(英寸,1吋=29.69mm),则温度计里的汞柱就下降7.92G(G是长度单位,1G=0.3mm)。摄尔修斯最终定义在适合的压强下(一个大气压下)水的沸点可以作为温度计上的一个确定点。在1742年发表的论文中,摄尔修斯选择水的凝固点和沸点作为温度计的两个固定点,沸点为0°,凝固点为100°,把中间刻度划分为100份,创立了摄氏温标。摄尔修斯对摄氏温标两个固定温度的研究,始终都是以实验为依据,不断重复实验,确定单一变量,最终得出水的凝固点和沸点在气压不变的情况下是不变的。他还研究不同水质对水的凝固点和沸点的影响,这些都表现出摄尔修斯在研究工作中的认真严谨。

1750年,摄尔修斯的同事斯托玛把摄尔修斯提出的两个定点的标值颠倒,即定义水沸腾为100°,结冰点为0°,但仍称摄氏温标。摄氏温标的建立使计温学日趋完善,促进了实验热学研究的进展,此后虽然又陆续发现一些新的测温手段,但经验温标已经定型1990年新的国际温标确立水的沸点在一个大气压下更加准确的数值是100℃-99.75℃,但这一点变动不会影响到平均值,摄氏温标仍为一个大气压下水的沸点为100℃,凝固点为0℃。

1744年,摄尔修斯因患有肺结核病而在乌普萨拉去世,享年43岁。


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