我们的生活取决于温度：每天早上穿衣时需要检查温度，加热食物时需要设定温度温度的测量，洗热水澡前需要调节温度。 这两年，新型冠状病毒Covid-19流行，到处都要测量体温。 刚刚结束的全球气候大会也与气温有关。
人类的早期历史也是以温度来划分的。
在原始石器时代，人类学会了用火进行自卫、狩猎、御寒、烹饪，还掌握了制陶艺术。 接下来是青铜时代。 青铜是铜与锡或铅的合金，熔点约为700~800°C。 接下来是铁器时代。 铁在自然界中通常以红色氧化铁的形式存在。 要制造铁，必须先除去氧气，这只需要700℃左右。 然后是去除其他杂质，需要1500℃以上的温度。 烧制瓷器需要1000℃以上的高温。 我们的祖先在陶瓷烧制技术上领先世界一千多年，其中关键之一就是温度控制。 但古人不知道如何测量温度，也没有温度标准。
温度是如何测量的？ 温度标准是如何制定的？
要测量温度，您需要温度计。 第一个制造温度计的人是伟大的伽利略·伽利雷（1564-1642）。 我们广东科学中心“院士说”| 伽利略的望远镜发现了有关月球的哪些秘密？ 他曾在一篇文章中被介绍过。 1594年，伽利略读到了古希腊学者希罗的（又名海伦，10-70）的著作，其中谈到了气体受热时的膨胀。 基于此，他设计了一种温度计（图1）。 这种温度计是一个装满水的密封玻璃容器，里面放置了几个充气的小球。 随着温度升高，球内的气体膨胀并克服重力浮到表面。 今天我们仍然可以在礼品店看到这种温度计。
图 1. 伽利略的温度计
伽利略的朋友桑托里奥·桑托里奥（ ，1561-1636）设计了一种更实用的温度计（图2）。 这种温度计使用酒精作为液体，上面有刻度。 人们可以通过向体温吹气来测量体温。 他对自己进行了实验，每天仔细测量自己的体温、心跳和呼吸频率。 他还在进食、饮水、睡眠和运动后称重自己（图2），记录摄入量和排泄量，并将两者之间的差异归因于“无法察觉的汗水”。 他的记录是世界上最早的人体医学指标记录。
图2，和他的温度计和称重实验
值得一提的是，伽利略去世后，他的学生和朋友成立了实验科学院（del）。 学院秉承伽利略的思想，不断探索，为温度和压力的测量做出了重大贡献。 可惜十年后科学院被梵蒂冈取缔，意大利的科学研究从此枯萎。
罗伯特·博伊尔（1627-1691）将伽利略的思想带回英国（见广东科学中心《院士说》文章|解密医学影像技术（一））。 他的学生胡克（1635-1703）（见文章《照实说》|与牛顿发生争执的人）制作了几支温度计。 1701年，伟大的牛顿（艾萨克，1643-1727）也制成了温度计。 他用亚麻籽油作为温度计的液体，并在模仿时钟后引入了从0到12的刻度。
同一时期，丹麦天文学家奥勒·罗默（Ole Romer，1644-1710，图3）也制作了自己的温度计。 罗默注意到温度对天文望远镜精度的影响温度的测量，测量结果需要根据温度进行调整。 罗默最著名的工作是根据木星月食估算光速，并因此当选为法国科学院外籍院士。 晚年，罗默建立了丹麦航海学校，并担任哥本哈根警察局长，为丹麦的繁荣做出了巨大贡献。
图3、丹麦天文学家Ole Romer
1708年，荷兰人加布里埃尔·瓦伦海特（ ，1686-1736）拜访了罗默。 两人交流了制作温度计的经验。 1714 年， Hite 创建了华氏温标。 华氏温标将盐水结冰的温度定为0度（这被认为是当时最冷的温度），而正常人体温度定为96度。 后来为了使用方便，将纯水的沸点定为212度。 瓦伦海特将华氏温标视为他一生中最伟大的成就，并将其刻在自己的墓碑上（图4）。 今天美国和中美洲的几个小国家仍然使用华氏温标。
图4、沃伦黑德的墓碑
华氏温标上的两个关键点：盐水的冰点温度和人体的正常体温，都很难测量。 1742年，瑞典科学家安德斯·摄氏（摄氏度，1701-1744）创建了摄氏温标。 摄氏温标将 1 个大气压（海平面气压）下的水的冰点温度设为 0 度，沸腾温度设为 100 度。 分为100等份，每等份为1度。 1889 年，国际度量衡委员会将这一温标确立为国际标准。
摄氏温标与华氏温标之间的换算公式为：
在科学实验中，科学家们也使用绝对温标。 绝对温标也称为开尔文温标（或开尔文温标）。 它以开尔文勋爵（有时译为开尔文）的名字命名。 凯文勋爵的名字是威廉·汤姆森 (1824-1907)（图 5）。 1892年，他被授予“拉格斯男爵”称号。 所以人们称他为凯文勋爵。
图5，凯文勋爵
凯文勋爵的父亲是格拉斯哥大学的教授。 他很小的时候就学习了法语和拉丁语。 他10岁开始在格拉斯哥大学听课，14岁获得学校金奖。16岁进入剑桥大学，很快发表了第一篇文章。 毕业后，他前往法国进修一年，期间研究了傅里叶（1768-1830）的热传导和卡诺的卡诺循环（萨迪，1796-1832）。 1846年，凯文回到格拉斯哥大学任教，当时他年仅24岁。 他在格拉斯哥大学工作了51年，直到75岁退休。为了不让自己闲着，他再次注册为学生。 所以他曾经是格拉斯哥大学最年轻和最年长的学生。
1848年，凯文提出了绝对温标。 他注意到，随着压力 (P) 降低，气体温度（T，以摄氏度为单位）也会降低。 顺着这个趋势，无论是哪种气体，当温度为-273.15度时，压力都会为零（图6），即气体变成固体。 在此基础上，他提出了凯氏温标。 该温标的增量与摄氏温标的增量相同。 但它的 0 度在摄氏度上是 -273.15 度。 因此，凯氏温标和摄氏温标之间有一个简单的换算公式：
图6、绝对温标图
凯文勋爵是一位兼具文学和军事才能的人。 在学术上，他是热力学、电磁学、地球物理学等学科的奠基人。 在工程方面，他发明了多种仪器，为跨大西洋电缆工程和导航做出了巨大贡献。 此外，他是第一个使用“能量”这个词的人。 他有一句名言：“哪里有困难，哪里就有发现。（当你面对面面对a时，你就起来了a）”
历史上，还有所谓的中尉温标（°Ré）和朗格温标（°R）。 中尉温标以法国博物学家雷内（1683-1757）的名字命名； 朗格温标以苏格兰科学家 WJM（1820-1872）的名字命名。 两种温标均已不再使用。
2019年国际度量衡委员会使用的玻尔兹曼常数（ ）：
绝对温标增量的一度已被重新定义。 这个定义与物质的热性质无关，只与热能有关。 热能的计量单位是焦耳 (J)。 1 焦耳等于 1 牛顿 (N) 乘以 1 米 (m)（即 J = N×m）。
我们在《Speak Like It Is》一文中介绍了能量单位“焦耳”和英国科学家詹姆斯·焦耳（1818-1889）| 焦耳。 焦耳是凯文勋爵的好朋友。
撰文：杜如旭（加拿大工程院院士）
排版与编辑| 莫什
