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從化學反應和食品加工控制，到天氣和氣候變化評估，準确的溫度測量對于許多日常工作都有着重要意義。

而且，幾乎所有的工程過程都取決于溫度——有的甚至到了嚴重依賴的程度。在更極端的條件下——如煉鋼所需的高溫或使用超導體所需的極低溫——正确測得溫度也同樣很重要，但這實現起來要難得多。

溫度測量有着悠久的曆史

大約在2000年以前

古希臘拜占庭的工程師菲羅提出了這樣的設計：一個裝着水和空氣的空心球，通過一根管子與一個敞口罐相聯——這有可能是最早的溫度計雛形。

工作原理

當空心球被加熱或冷卻時，其中的空氣将随之膨脹或收縮，導緻水從管子吸出或吸入。後來，人們發現當球體的溫度從水的沸點降低到冰點時，球體中空氣的體積收縮了1/3左右。這使得人們開始思考，如果一直對球體進行降溫的話會發生什麼。

19世紀中葉

英國物理學家威廉姆·湯姆遜，即後來的開爾文勳爵，也對“無限冷”（我們現在稱之為溫度的“絕對零度”）這一概念萌生了興趣。

1848年，他發表了一篇題為《關于一種絕對溫标》的文章，并在文中估計絕對零度在-273℃左右。為了紀念他的研究，人們用他的名字命名了溫度單位開爾文。

當開爾文勳爵開展研究的時候，人們還未就“所有物質都是由不斷運動的分子構成的”這點達成共識。

如今我們知道，溫度是對這些粒子平均動能的反映，而絕對零度——0開爾文——對應着可以達到的最低溫度，即分子完全停止熱運動的狀态。

1960年SI創立時

水三相點的溫度被精确定義為273.16K。這是不含氣體的液态水、固态水（冰）和水蒸氣三相共存達到平衡狀态的溫度。

之所以選擇這個溫度作為标準溫度，是因為它既方便使用，又易于複現。相應地，開爾文被定義為水三相點溫度的273.16分之一。

我們通過與标準溫度比較的辦法，來測量物體的溫度。在SI中，我們還定義了另一種溫度單位，攝氏度（℃）。以開爾文為單位的溫度數值減去273.15，就可以得到以攝氏度表示的溫度數值了：t(°C)=T(K)-273.15。

之所以這麼做是為了方便以前使用攝氏溫标的各種應用。在日常生活中，我們習慣用攝氏度表示溫度。在這個溫标下，水在0℃結冰，在100℃沸騰。注意到從開爾文換算到攝氏度需要減去273.15，那麼水三相點的溫度應等于0.01℃。

開爾文脫“水”

在新的定義中，開爾文将不再以一個随機選取的參考溫度來定義，而是以分子動能來定義。

定義方式

當玻爾茲曼常數k以單位J K^-1，

即kg m²s ^-2K ^-1表示時，将其固定數值取為1.380 649×10^-23來定義開爾文，其中千克、米和秒用h，c和△ν定義。

新定義生效以後，我們将可以直接用分子動能來高效地測量溫度。攝氏度與開爾文的換算關系将與2019年5月之前的保持一緻。

對于絕大多數用戶來說，重新定義将悄然而至，不留痕迹；水仍然在0℃結冰，在定義改變以前标定過的溫度計的示值依然正确無誤。但是，重新定義使全新的測溫技術成為可能，極高、極低溫測量可能最先受益。

本期主編：王惜純

本期小編：王 嘉

内容來源：歐洲計量組織

（ 翻譯：中國計量科學研究院 陳杭杭 高 蔚 整理：史玉成）

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