热与功/热与温度/测温乱象

2026-10-24 22:10:57 adman

1.3 把冷热关进玻璃管(下):牛顿的亚麻籽油与早期的混乱

伽利略那根敞口的“测温仪”不仅会漏气,还会被外界大气压干扰,本质上是个“温度气压二合一”的残次品。

到了 1654 年,意大利托斯卡纳的大公爵斐迪南二世实在看不下去了,作为一名硬核理科男,他缜密思考,让玻璃工匠把玻璃管顶端直接高温熔融封死。

这个看似简单的动作,但彻底隔绝了大气压的干扰,此宣告了真正意义上的“密封液体温度计”的诞生。

但是,管子封死了,排除了大气环境影响,新的噩梦又开始了:管子里到底该装什么液体?

大家最先想到的肯定是水,毕竟水为大众所熟悉,极易得又安全。

但水在这个宇宙中,是一个彻头彻尾的“怪胎”多面手。

首先,如果把水装进密封玻璃管,遇到寒冬腊月水一结冰,体积会突然膨胀,“啪”地一声就能把昂贵的玻璃管撑个粉碎。

其次,更要命的是,水在 4℃ 时密度最大,当温度从 10℃ 降到 4℃ 时,水柱是下降的(热胀冷缩);但如果温度继续从 4℃ 降到 1℃,水柱居然会反向升高(冷胀热缩)!

想象一下,你看一眼温度计,水柱在同一个刻度上,你完全不知道今天到底是 6℃ 还是 2℃。这种违背常理的物性,直接把水踢出了测温液体媒介群。

于是,大公爵的佛罗伦萨科学院换上了“葡萄酒之灵”——也就是酒精。

酒精的凝固点极低,冬天冻不裂。为了好看,他们还在管子上烧制了一颗颗精美的玻璃珠作为刻度,这种温度计甚至被做成了青蛙的形状,绑在病人的手臂上测体温。

但酒精也有致命弱点:它的沸点太低了(约 78℃)。稍微测点高温的物体,酒精就沸腾汽化,甚至把管子炸开。

这时候,一位学术界真正的顶流大佬出场了,决定亲自下场解决这个问题。他就是——艾萨克·牛顿,但他的“黏稠”翻车了。

1701 年,牛顿发表了一篇关于温度测量的匿名论文。当时他正在研究大名鼎鼎的“牛顿冷却定律”,需要测量炼金炉里的高温,酒精显然不够用。

经过一番筛选,牛顿选中了一种奇葩的液体:亚麻籽油。

牛顿的逻辑很严密:亚麻籽油的沸点很高,既能测冬天的严寒,又能测熔化的金属。而且它的膨胀系数比水大,能更敏锐地反映冷热变化。

看起来很完美,但如果有做过流体黏度测定或者热物性实验的,一定会连连摇头。亚麻籽油这种液体,简直是精密玻璃管仪器的噩梦!

它极其黏稠。当温度下降时,亚麻籽油本该迅速收缩,但由于极大的黏性,大量的油会死死地“挂壁”在玻璃管内侧,慢慢吞吞地往下流。

这就导致牛顿的温度计存在严重 “滞后效应”:温度早就降下来了,刻度还在上面飘着。不仅如此,黏稠液体形成的弯液面极不稳定,每次读数都像在开盲盒。

一代宗师牛顿,就这样在流体的黏度面前结结实实地翻了车。

由于找不到完美的液体,也没有统一的权威,整个 17 世纪末到 18 世纪初的科学界,陷入了一场史无前例的“温标大混乱”。

那个年代,每个人都在闭门造车,每个人都有自己定义的一套刻度。

有人把“巴黎皇家天文台最深的地窖温度”定义为 0 度。

有人把“牛油刚好熔化”的温度定为 0 度。

甚至有人把“健康的男人血液温度”作为标准刻度。

据统计,当时欧洲至少同时存在着 30 多种完全不同的温度计标度!

这是一个让所有科研人员绝望的时代。想象一下当时的情景,在法国巴黎和英国伦敦实际温度差不多,但测出来的完全不一样,我们该如何生活、工作和研究?

科学家们终于痛苦地意识到:我们需要的不仅仅是封死的玻璃管和好用的液体,我们更需要几个绝对恒定、放之四海而皆准的“固定参考点”。

只要找到了这些在地球任何角落都不会改变的“神圣坐标”,人类就能统一冷热的度量衡。

而终结这场百年混乱的,不是大学里的教授,也不是皇家学会的物理学家,而是一位在荷兰阿姆斯特丹靠吹玻璃为生的仪器制造狂魔。

他,就是德国-荷兰科学仪器制造师——丹尼尔·加布里埃尔·华伦海特(德语:Daniel Gabriel Fahrenheit;生卒:1686-1736)。

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