幾乎每個人都發過燒,幾乎每個發過燒的人都有過用溫度計測量體溫的經曆:将溫度計放到嘴裡或是腋下,保持5分鐘以上,抽出來對照刻度就能知道自己當下的準确體溫。那麼這種簡單方便的儀器是什麼時候發明的呢?在溫度計發明之前, 醫生看病用,要想知道病人的體溫,用的是什麼方法呢?
溫度計是我們測量體溫最常用的工具。
首先讓我們來了解第二個問題。溫度計發明之前,不論是東方還是西方的醫生,了解病人“熱度”的工具就隻有——手!是的,你沒聽錯!醫生用自己的手接觸病人的身體來做判斷病人體溫的高低,如果碰巧那天醫生也有輕微發熱或是剛剛摸了比較涼的物體,那麼,呃,絕對談不上精确甚至靠譜的測量結果就出現了。因此,如何準确測量體溫就成為醫生們需要解決的一個難題。
這個難題的解決要感謝世界科學史上一位偉大的科學家——伽利略。是的,這次你也沒聽錯!作為意大利著名的數學家、物理學家、天文學家,科學革命的先驅,他認為經驗是知識的唯一源泉,主張用實驗—數學方法研究自然規律,因此格外注重對實驗數據的精确測量和記錄。
伽利略(Galileo Galilei,1564-02-15-1642-01-08)
1593年,伽利略利用氣體熱脹冷縮的原理制成了世界上第一隻溫度計。這種氣體溫度計是用一根細長的玻璃管制成的。玻璃管的一端制成空心圓泡形;另一端開口,事先在管内裝進一些帶顔色的水,并将這一端倒插入盛有水的容器中。在玻璃管上等距離地标上刻度。當外界溫度升高時,玻璃泡内氣體膨脹,玻璃管中的水位就會降低;反之,當外界溫度降低時,玻璃球内氣體收縮,玻璃管中的水位就回上升。
1603年伽利略在演講中演示過這種測溫器:他把玻璃泡用手捂熱,管中水面下降了一段高度,當玻璃泡冷卻下來,水在管中又上升到原處。
但是,這種溫度計有個很大的缺點:由于水是露在大氣裡的。水柱的升降除受氣溫的影響外,還受到大氣壓的影響,所以,水柱的高低并不能準确反映氣溫的變化。但不管怎麼說,這仍然不失為是一項偉大的發明,為人類準确測量外界溫度指明了方向。當然,這種溫度計僅限于測量氣溫變化,類似于現在的“寒暑表”,還沒有被應用到醫學上。
伽利略身後,又有很多科學家對這種“原始”溫度計進行了改良。
1616至1636年間,伽利略的朋友,意大利帕多瓦大學的教授桑克托瑞斯(S.Sanctorius,1561-1636)首次将量度觀念應用到醫學中,他把伽利略的發明進行了改進,并首次将其應用到醫學領域。他的改進主要在外形上,他把原來的細長筆直的玻璃管改成彎曲蛇形狀,體積也變得更小,玻璃管的圓球一端讓病人進嘴裡,用來測出體溫。
1654年,伽利略的學生伏迪南又将改造更進一步:為了使溫度計不受大氣壓力的影響,必須的把盛水的瓶子密封起來。但是在這樣密封的瓶裡,空氣的膨脹和收縮就不大明顯了。那能不能将空氣換成熱脹冷縮更為明顯的其它材料呢?伏迪南想到了液體。他試驗了許多中液體,發現酒精在受熱或變冷的時候,體積變化很大。于是他将酒精裝在玻璃球裡。再把玻璃球加熱,讓一部分酒精成為蒸汽。等到酒精蒸汽把玻璃管裡的空氣全趕跑了,就把玻璃管的口子封閉。這樣,不受大氣壓影響的溫度計誕生了。
酒精溫度計比伽利略的氣體溫度計要準确了很多,但也有不可克服的缺點:酒精的沸點是78攝氏度,如果所測溫度在78攝氏度以上,玻璃管裡模糊不清了。
1659年,法國人布利奧更進一步,将測溫物質改為水銀,這就是現代溫度計的雛形。水銀要到357攝氏度才沸騰,因此水銀溫度計可以測的溫度,就比酒精溫度計高得多。再加上水銀是一種亮閃閃的銀色的液态金屬,觀察起來也更清晰。
在溫度計發明史上,還有一個不可忽略的名字就是華倫海特。丹尼爾·加布裡埃爾·華倫海特(Daniel Gabriel Fahrenheit,1686-1736),荷蘭物理學家、工程師。他曾在德國、英國、丹麥和瑞典旅行學習,拜訪過許多科學家和儀器制造者,後來也成為儀器制造專家。
丹尼爾·加布裡埃爾·華倫海特(百度百科)
在華倫海特之前,人們制作的溫度計上的刻度各不相同,在實際應用時很不方便。他就把溫度計放在冰雪和鹽的混合物裡,看玻璃管裡的水銀降到哪兒,就在玻璃管上刻一條線,這時的溫度計作為零度(當年所了解的最低溫度)。再把溫度計放在自己嘴裡,看水銀升到哪兒,又刻一條線。把這兩條線之間平分成96格,從0度到96度。再用同樣大小的格子,刻出零度以下和96度以上的度數。其他的液體(如酒精)也可以用同樣方法來定刻度。這就是著名的“華氏溫标”(Fahrenheit temperature scale)。用符号℉來表示。1724年,以華倫海特名字命名的“華氏溫标”正式确立,同年他被選為英國皇家學會會員。在華氏溫标創立後相當長一段時間,它都是最被人接受的溫度量度。時至今日,美國人仍然在日常生活中使用華氏溫标。
此外,華倫海特還發明了淨化水銀的方法,他制作的這種改良版水銀溫度計能精确測量和讀數,也被稱為“華氏溫度計”。
至此,在距伽利略發明第一支溫度計100多年後,水銀溫度計的改良已基本完成。改良後的溫度計不論從精确度還是方便性上都實現了質的飛越,它讓伽利略的發明變得更偉大,更完善。
如今随處可見的水銀溫度計(網絡圖)
随着科學技術的發展和現代工業技術的需要,測溫技術在經曆一次又一次的革新,溫度計的種類也越來越多,如用于精密測量的氣體溫度計、測量範圍更廣的電阻溫度計、溫差電偶溫度計、用于高溫和低濁測量的溫差電偶溫度計及專門用來測量500℃以上的溫度的高溫溫度計等等。
但在醫院,要測量體溫,我們碰到的最常見的“好夥伴”還是那支銀光閃閃的水銀溫度計(雖然電子體溫計已較為普遍,但水銀溫度計以其價格低廉、操作方便、測量準确的特點依然為大多數醫院所普遍采用)。也許。在不久的将來,這個 “好夥伴”也會漸漸離我們遠去,但其背後那一長串發明者的名字卻應該讓我們銘記。
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