為什麼體溫計測不了室溫?

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溫度的本質和測量依據

從物理學這個角度而言,溫度是一個用來描述物體冷熱程度的物理量,可以從微觀的層面上體現該物體的分子進行熱運動的劇烈程度。溫標是測量物體溫度值的標尺,而物體因為溫度變化所導致的某些特性上的改變,則被利用來間接性測量溫度值的大小。

雖然,人類擁有完善的體溫調節機制,能夠在不同的溫度環境下保持基本恆定的體溫。但是,這並不代表著我們就不關注自己的體溫、又或是周圍環境中的溫度。而體溫計和室內溼度計,則是人類在生活中食用頻率最高的溫度測量儀器,雖然他們的測量目標對象存在很大的不同。我相信,沒人會用體溫計來測量室溫,但你知道這是為什麼嗎?

溫度計的原理和類型

應該大家都知道,測量溫度的標度並不只有一種,分子運動的快慢所代表的就是該物體的溫度高低。當我們從分子運動論的角度來看待這個問題的時候,其實,溫度就是該物體分子運動平均動能的體現。

分子熱運動會在該物體的溫度上體現,這也是為什麼要對溫度進行統計。溫度計便是用來判斷溫度高低的最準確工具,比如:數字溫度計和指針溫度計。由於測量的物體存在較大差異,所以我們的生活中存在著各種使用目的不同的溫度計。

而這些溫度計的設計原理主要有5種,我們常見的都是通過氣體、固定或液體在該溫度環境下的熱脹冷縮來測量。但與此同時,其實還有將熱電效應的作用、氣體壓強的改變、熱輻射的影響、電阻的變換這些方式作為設計依據的溫度計。

在種類繁多的溫度計中,氣體溫度計有更廣泛的測量範圍,這是一種將低溫氦氣和氫氣作為測溫物質的溫度計,可用於精密測量的它得到的值更為精確;而根據溫度給電阻帶來變化設計出的溫度計,則存在著半導體電阻溫度計和金屬電阻溫度計這兩種,它們可以測量的溫度範圍,達到了-260攝氏度到600攝氏度左右。

在工業生產活動中,最常使用的測溫儀器便是溫差電偶溫度計,不同種類的金屬絲在焊接到一起之後形成了電路。對於那些存在較大溫差的不同物質,特別適合溫差電偶溫度計來進行“低濁和高溫”測量,並覆蓋了從零度到3000攝氏度的範圍。

通常情況下,我們都會使用指針式溫度計來對室溫進行測量,有時候我們也將這種利用金屬熱脹冷縮原理製成的溫度計稱為寒暑表。而水銀溫度計,則應該是大家日常生活中使用頻率相對較高的一種。

我們通過水銀356.7攝氏度的沸點、-38.87攝氏度的凝固點,可以實現0到150攝氏度、乃至500攝氏度之內的溫度值測量。只不過由於這種溫度計在熱損失大的時候,需要較長的時間進行響應,所以,它的實際測量溫度範圍,一般在-80攝氏度到400攝氏度。

在所有溫度計中,還有壓力式溫度計和玻璃管溫度計較為常見,前者利用的是封閉容器內物質在受熱之後產生的壓力變化作為測量依據,不怕震動的同時、機械強度較高;而後者利用的則是熱脹冷縮原理,使用起來更方便的玻璃管溫度計結構簡單。當然,這兩者都存在一定的侷限性,前者測量溫度的範圍值有限,後者易碎不能遠傳。

為什麼體溫計測不出室溫

如果你留意過水銀體溫計的外觀便會發現,它的溫度值刻度在35攝氏度到42攝氏度之間,並將每一度的範圍精確到了十分之一的刻度。之所以會將水銀柱放置在玻璃管之間,是為了避免我們在將其從口腔或腋下拿出來的時候,發生玻璃泡溫度降低的情況。

當水銀遇到外界較低的溫度時,便會導致細管內的水銀不能退回到玻璃泡之內,於是人體的真實溫度便被測量了出來。這也是為什麼當我們測量完體溫之後,需要將溫度計“用力的向下猛甩”的根本原因。事實上,這也是水銀體溫計與其他液體溫度計之間最大的區別,因為其他的此類溫度計是不可以甩動的。

稍微細心的人都會發現,那些用於室內溫度測量的溫度計,它的兩邊存在著攝氏度和華氏度兩種溫度計量單位。室內溫度計的紅色液體線條,會根據室內溫度的變化而升高或降低,而紅色線條的頂端則示意的是當前室內溫度值。

室內溫度計的設計完全不同於體溫計,它的溫度值是處於時刻變化的狀態之中,並不會因為溫度發生變化而不能自動回到液泡內部。與此同時,體溫計的測量範圍位於35到42攝氏度之間,而室溫通常只會在炎熱的夏季才有可能達到35攝氏度。所以,不管是溫度計的測量範圍值,還是設計原理,體溫計都不適用於測試室內溫度。


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初中物理中有一個這樣的問題:醫生用體溫計測量小張的溫度是38.2℃,沒有甩,接著就又先後測量發燒38.7℃的小王和正常體溫37.0℃的小李的體溫,測量結果分別是多少?

簡析:體溫計在玻璃泡和玻璃管之間有一段細管非常細,

測量人體溫度時,玻璃泡中的水銀受熱膨脹,可以通過細管升到玻璃管中。當溫度計離開人體以後,水銀變冷收縮,就在細管處斷開,上面的水銀退不回來。所以,體溫計離開人體後,還能表示人體的溫度。因此,明顯區別於普通溫度計(包括測量室溫的溫度計——寒暑表)的地方之一,就是體溫計可離開人體後讀數。所以,體溫計用完之後,再次使用之前,必須手拿上部用力將升上去的水銀甩回玻璃泡中。如果不甩,使用前就保持上次的示數。下次所測溫度如高於上次示數,則玻璃泡中水銀受熱膨脹,到斷開處時還要繼續膨脹,就會推動上面的水銀柱上升,所以,就可顯示出所測物體溫度;下次所測溫度如低於上次示數,則玻璃泡中的水銀膨脹不到斷開的地方,對上部水銀柱不會產生影響,所以,還是顯示上次示數。

根據以上分析,很容易知道,上述問題中,測出小王和小李的體溫都是38.7℃。

同時,發現一個問題,說體溫計不能測室溫,這話太絕對。注意觀察一下,看細管處水銀柱是否斷開,如沒斷開,顯示的就是當時室溫;如斷開,可甩回去,在等5分鐘再看。當然,這裡沒有考慮量程的因素,一般寒暑表的量程為-30℃~50℃,而體溫計的量程為35℃~42℃。因此如考慮量程,只是測量的範圍受到限制。



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以我們常用的水銀體溫計來說,正常情況下是測不了室溫的。水銀體溫計可測量範圍一般為35°-42°,而室溫一般情況下不會高於35°,因此是沒法測量的,如果室溫超過35°,那就另當別論了。



上邊只是拿水銀溫度計簡單回答了這個問題。那為什麼水銀溫度計無法測量室溫呢?背後有沒有巧妙的設計?

膨脹式溫度計發展歷史

一些物體具有熱脹冷縮的性質,當溫度不同時,其體積不同,利用此性質,可以進行溫度的測量。原則上,只要可以根據溫度不同而呈現某種特性變化的物質都可以做成溫度計。

空氣也會熱脹冷縮,因此早期的溫度計,是利用空氣來做的。科學家們裝置一個充滿空氣的管子,末端插入水中,當氣體溫度變化時會造成水面高度的變化,利用水面高度差,就可以算出溫度。



然而這種空氣法測溫度在實際使用時卻出現了問題。空氣的膨脹係數低,導致最後測量的溫度精度差,誤差大,並且會受到外界空氣壓力的影響,因此這種測量方式最終被拋棄了。



後來,科學家們想到在密閉空間裡進行溫度測量,因此設計了密封管,但是放入裡邊的是酒精,因為酒精的膨脹係數比水高,變化同樣的溫度,酒精體積變化更大,因此最終測量的結果也會更精確。但是科學家們仍然面臨一個問題:酒精不穩定,溫度的變化造成的酒精體積變化是動盪的,不確定,因此測量的溫度誤差也較大,結果也不穩定,因此人們想找一種更穩定的物質來替代酒精。



來自荷蘭的科學家丹尼爾華倫海特嘗試用水銀替代酒精作為溫度計的主物質,因為水銀比酒精更加穩定,當溫度上升或者下降時,水銀的溫度變化更加可靠。另外,與水相比,水銀的膨脹係數也大於水,可以呈現出不小的體積變化,因此最終體溫計使用水銀來設計。



水銀體溫計原理

水銀溫度計主要利用了水銀熱脹冷縮的性質來實現的。水銀溫度計可測量的溫度範圍為-39°--357°。由於人體溫度一般變化範圍為35°-42°,因此水銀體溫計將溫度範圍定義為35°-42°。這樣可以保證同樣長度的體溫計,可測量的溫度精度更大。



想必大家都用過水銀體溫計測量溫度吧,當我們夾在腋下幾分鐘取出來後,到我們讀出溫度,是經過一些時間的,如果不對溫度計進行一些特殊設計,這時候讀的溫度很可能是室溫,或者是低於體溫。因此我們用的水銀體溫計在靠近儲液泡處有一段毛細管特別細,當我們量體溫時,水銀溫度升高,體積膨脹,從毛細管處上升。 當量完體溫後,上方的水銀收縮,毛細管處的水銀會被截斷,上面一截的水銀無法繼續往下走,就是我們的體溫。這時候,只有我們通過施加外力,甩幾下溫度計,水銀才會回到儲液泡內。

水銀體溫計優缺點

由於水銀的穩定性,因此水銀溫度計測量體溫最為穩定,並且不易受到外界環境因素干擾,因此是我們用得最多的一種體溫計。



但是由於水銀有毒並且水銀溫度計都用玻璃作為密閉層,容易破碎,因此水銀溫度計的安全性存在問題。另外,水銀溫度計度數非常困難,想必大家使用水銀溫度計都經歷過度數困難問題吧,經常我們要把水銀溫度計翻轉好多次,才能觀察到顯示的問題。



其他類型的溫度計

數字式電子體溫計

電子體溫計是利用各種不同種類的溫度傳感器對體溫進行測量,通過將溫度傳感器輸出的電信號轉換成數字信號,讀取溫度的最高值,以數字的形式顯示在液晶屏上。



數字式電子體溫計解決了水銀溫度計讀數困難和不安全的問題,但是由於嚴重依賴傳感器,其測量穩定性較差,並且有些電子體溫計需要經常校準,以確保測量準確。

紅外線體溫計

紅外線體溫計是通過接收測量被測量物體輻射的紅外光線來測量物體的溫度,一般由光學系統和信號處理組件、顯示組件組成。紅外線體溫計一般通過人體的內耳道進行測量,所以又稱為“耳溫槍”。



其測量溫度速度非常快,一般只需要幾秒即可完成測量。但是其價格比較貴,並且依賴人耳的環境,如果耳內耵聹較多,或者耳道彎曲,則測量結果可能不準確。

你還知道哪些體溫計相關的知識?歡迎留言討論。


黑洞探秘者


為什麼體溫表不能測室溫?

因為體溫表設計是用來測量人體最高溫度的,它的原理和氣象觀測最高氣溫的溫度表原理構造一樣。

當球部水銀受熱時,水銀經過最細的彎曲地方時,它的膨脹壓力大於阻力,形成讀數,如果溫度降低,球部水銀收縮時,水銀的表面張力小於阻力,所以水銀斷開,讀數停在原位。

測氣溫的溫度表,它的毛細管較粗,當氣溫上升時,球部水銀壓力上升,它毛細管內的水銀上升,如果氣溫下降,它球部水銀收縮,毛細管內水銀跟著回縮,因為毛細管內阻力,和張力相等,為什麼氣象觀測要定時在,2點,8點,14點,2o點,4次觀測相加除以4等於日平均氣溫。





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如果體溫計能用於測室溫,那麼,體溫計在測完體溫拿出來讀數時,讀數就會發生動態變化,這樣就無法用於正常測量體溫。因此,體溫計在設計時已經考慮到這點,使其基本上無法測室溫。

傳統用的體溫計都是水銀溫度計,其原理是利用水銀的熱脹冷縮。水銀存儲在體溫計末端的玻璃泡裡,然後連接一根細管,上面標有溫度讀數。當體溫計測量人的體溫時,受熱的水銀就會膨脹,使得水銀柱上升到一定高度,從而測出人的體溫。

但為了防止水銀在讀數時倒流,直細管在與玻璃泡的連接處有一段狹窄的彎曲通道。在讀數時,較低的環境溫度會使水銀收縮,狹窄的彎曲通道就會把水銀斷開,導致水銀不會倒流。只有在用力甩動時,水銀才會流回玻璃泡中。由於這種特殊的設計,體溫計一般是不能測出室溫的。

不過,體溫計無法測室溫也是有條件的,那就是室溫低於或者高於體溫計的量程(35至42攝氏度)。如果室溫剛好處在體溫計的量程範圍內,那麼,玻璃泡中的水銀也會受熱膨脹,導致水銀柱上升到某一刻度,從而能夠測出室溫。在這種情況下,由於體溫計一直處於環境中,受熱始終是均勻的,所以體溫計彎管中的水銀是不會斷開的。


火星一號


大家好我是閒聊自然,體溫計當然測不了室溫。這根體溫計設計有關,下面聽我慢慢解釋:

體溫計:又稱醫用溫度計,它的工作物質是水銀。溫度計:測室溫的儀器,有電子的也有水銀和酒精的。兩者有諸多不用的地方。

不同點一:這兩者使用的原料不同

圖為體溫計


體溫計,它的液泡容積比上面細管的容積大的多。泡裡水銀,由於受到體溫的影響,產生微小的變化,水銀體積的膨脹,使管內水銀柱的長度發生明顯的變化,人體溫度的變化一般在35℃到42℃之間,所以體溫計的刻度通常是35℃到42℃,而且每度的範圍又分成為10份,因此體溫計可精確到1/10度。而室溫計有些是酒精溫度計,他的變化較大,測量的範圍更加廣泛,酒精溫度計適合測低溫(-78~+110度左右),水銀溫度計適合側較高的溫度(約15~300度多),這個範圍是已經大大超出了體溫計的測量範圍。

不同點而:這兩者的結構不同

體溫計在測體溫時,液泡內的水銀,受熱

圖: 溫度計
體積膨脹,水銀可由頸部分上升到管內某位置,當與體溫達到熱平衡時,水銀柱恆定,當體溫計離開人體後,外界氣溫較低,水銀遇冷體積收縮,就在狹窄的曲頸部分斷開使已升入管內的部分水銀退不回來,仍保持水銀柱在與人體接觸時所達到的高度體溫計是一種最高溫度計,它可以記錄這溫度計所曾測定的最高溫度。用完的體溫計應“回表”,即拿著體溫計的上部用力往下猛甩,可使已升入管內的水銀,重新回到液泡裡。其它溫度計因為它的設計不像體溫計,不會因為溫度變化使的液體無法回到液泡內部,它的數值實時變動的即此刻室溫,這是體溫計與體體溫計的一個主要區別。


自然之樹


體溫計不能用來測室溫.體溫計的水銀球的末端有個設計使得水銀柱只能上升不能下降,所以如果室溫降低了,它的示數是不會下降的,只有你自己用手甩把水銀甩回去...再可以測一次,下次再測還要甩.

所以說:體溫計可以用來測某一時刻的溫度,但是如果溫度改變,可能就測不出來,而測量室溫的溫度計,要的是你看一眼,就能知道當時的溫度,而不需要像體溫計一樣先甩回去,再慢慢升高到當前室溫.


鄉野小鄧


體溫計不能用來測室溫.體溫計的水銀球的末端有個設計使得水銀柱只能上升不能下降,所以如果室溫降低了,它的示數是不會下降的,只有你自己用手甩把水銀甩回去...再可以測一次,下次再測還要甩.

所以說:體溫計可以用來測某一時刻的溫度,但是如果溫度改變,可能就測不出來,而測量室溫的溫度計,要的是你看一眼,就能知道當時的溫度,而不需要像體溫計一樣先甩回去,再慢慢升高到當前室溫.


小蘇創業日記


體溫計測量範圍是35~42度,如果室溫低於35度、高於42度,體溫計當然無法測量了。如果室溫在35~42度範圍內,那麼體溫計可以正常反映室溫情況。


跪射俑


  如果體溫計能用於測室溫,那麼,體溫計在測完體溫拿出來讀數時,讀數就會發生動態變化,這樣就無法用於正常測量體溫。因此,體溫計在設計時已經考慮到這點,使其基本上無法測室溫。

  傳統用的體溫計都是水銀溫度計,其原理是利用水銀的熱脹冷縮。水銀存儲在體溫計末端的玻璃泡裡,然後連接一根細管,上面標有溫度讀數。當體溫計測量人的體溫時,受熱的水銀就會膨脹,使得水銀柱上升到一定高度,從而測出人的體溫。

  

  但為了防止水銀在讀數時倒流,直細管在與玻璃泡的連接處有一段狹窄的彎曲通道。在讀數時,較低的環境溫度會使水銀收縮,狹窄的彎曲通道就會把水銀斷開,導致水銀不會倒流。只有在用力甩動時,水銀才會流回玻璃泡中。由於這種特殊的設計,體溫計一般是不能測出室溫的。

  不過,體溫計無法測室溫也是有條件的,那就是室溫低於或者高於體溫計的量程(35至42攝氏度)。如果室溫剛好處在體溫計的量程範圍內,那麼,玻璃泡中的水銀也會受熱膨脹,導致水銀柱上升到某一刻度,從而能夠測出室溫。在這種情況下,由於體溫計一直處於環境中,受熱始終是均勻的,所以體溫計彎管中的水銀是不會斷開的。


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