原則上，特性明顯随溫度變化的任何物質都可以用來測量溫度。我們也可以用一種顔色随溫度變化的物質，在物質發出藍色光時，人們能識别出溫度高，當它散發出紅色光時，可識别出溫度低。

類似地，當溫度上升或下降時，細小玻璃管裡的水會上升或下降。這是每一個密封的、裝有液體的溫度計的工作原理。然而，如果像水這樣豐富且廉價的東西就能如此有效，為什麼我們堅持用如水銀這樣極其稀有還昂貴的東西呢？

在第一個溫度計發明後的幾個世紀，人類了解到了熱力學溫度。因此，最初溫度計定義了溫度。然而，第一個溫度計不是溫度測量器或熱量測量儀，而是測溫範圍器，僅僅表示溫度是高還是低。這些設備沒有校準到一個标準範圍，它們隻能做出粗略或模糊的評估。

第一個溫度計的發明要歸功于亞曆山大港的希羅，他是一位求知欲強的工程師，被認為是古代最偉大的實驗者。他設計的裝置由一個充滿空氣的管子組成，它的末端淹沒在一小碗水裡。當測溫器接觸到熱或冷表面時，空氣會膨脹或收縮，導緻空氣-水界面波動。

甚至伽利略的發明也遵循同樣的原理。然而，這些發明不僅沒有任何刻度，而且對空氣的壓力也很敏感。為了設計出隻對熱量做出反應的裝置，伽利略的學生Joseph Delmedigo發明第一個密封的液體内置玻璃溫度計。這是第一個溫度計，因為它被标上了刻度。然而，他所密封的液體不是水，而是酒精。

恒定壓力下，物質在加熱情況下膨脹，因為熱量提升了原子的動能，導緻它們劇烈運動，從而彼此分離。體積的增加在金屬鐵軌、橡膠輪胎等固體和水、酒精、水銀和鹵素等液體中表現明顯。然而，溫度每上升一度，每種物質的膨脹程度都是不同的。這個物質常數叫做膨脹系數。

酒精比水更受青睐，原因很簡單，因為它擁有更高的膨脹系數。即使是很小的溫度變化，也會導緻它在管内的體積發生劇烈的變化。然而，酒精太易受影響，以至于這些變化會導緻管裡的酒精表現幾乎動蕩不安。液體界面會随着溫度的微小變化而不斷變化。這種變幻莫測令人擔憂，因為當溫度計從一鍋沸騰的水裡取出時，讀數就會立即變成新環境的溫度，無法測量我們想要的開水溫度。

為了避開這種不可靠性，荷蘭發明家丹尼爾•華倫海特以水銀取代了酒精。水銀的膨脹系數高于水，這意味着其體積随溫度的變化更明顯。不過，它的變化值比酒精幾乎少六倍。也就是說，溫度每上升一度，酒精體積上升比水銀體積要大6倍。

這意味着，在密封的玻璃管中，水銀的上升速度将比酒精慢得多，但這也表示，當溫度計從裝滿沸水的鍋中取出時，水銀的下降速度會同樣緩慢。它的讀數将有效地不受幹擾，使溫度計非常可靠。

在這項發明之前的溫度計都是獨特的，它們的讀數不符合任何标準化的刻度範圍。然而，華倫海特提供了一種範圍讀數，應用到了制造的所有水銀溫度計，最終普及到了所有溫度計。這種轉變并不十分繁瑣，因為幾乎所有的水銀溫度計都是由華倫海特自己制造的。後來，這個刻度略有變化，現在這種溫度計叫做華氏溫度計。

酒精的超敏性可以用它的優點彌補。相對于水銀，酒精要便宜得多，而且不那麼罕見，還無毒。如果水銀溫度計破損了，實驗室可能需要被封存數小時，因為吸入水銀會導緻嚴重的健康問題。酒精卻沒有這樣的威脅。

更重要的是，水銀冰點為-40 ℃，酒精的冰點是-115 ℃。這意味着水銀溫度計不能測量-40 ℃的溫度，那它就不能經常在科學實驗室或超導技術制造行業中運用。

但酒精是無色的，這種特性迫使制造商需将人工染料添加到酒精中，使其清晰可見。此外，盡管酒精可以測量極低的低溫，但它無法測量超過78.37 ℃的溫度，因為這是酒精的沸點。相比水銀356.7 ℃的沸點，簡直低的可憐。

​雖然無法改變水銀稀有、昂貴和有毒的特性，但我們仍然可以突破它的溫度限制。為了進一步提升它的沸點，水銀通常用惰性氣體密封，比如氮氣。惰性氣體增加了對液态水銀的壓力，從而進一步增加了它的沸點。

我們也可以通過将它與铊結合在一起來降低它的冰點。這些新的水銀-铊溫度計現在可以測量到-62 ℃的溫度。盡管水銀溫度計有小瑕疵，但它被認為是最精确的可用溫度計之一。

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