溫度計原理

THE MERIT TIMES

文／郭明彰 2023-04-13

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彈式溫度計圖／123RF

文／郭明彰

春天的天氣溫暖悅人，陽光明媚，但時常伴隨著陣雨及微風，氣溫多變，有時悶熱有時涼爽，植物開始萌芽，景色宜人。有時候也會遇到寒流，山區可能還會有零星降雪，春天的天氣多變，常容易不小心就感冒了，因此出門前，我們常會看一下天氣預報，並且注意室內外的溫度差，避免不小心感冒。

說到溫度，我們就想到溫度計，溫度計的歷史可以追溯16世紀，義大利科學家伽利略發明了第一個水溫計，用來測量水的溫度。1659年，法國天文學家布裏奧，利用水銀沸點較高的特徵，首度製成水銀溫度計。這種溫度計可測得357℃的高溫，也可測得-39℃的低溫。1848年，威廉湯姆遜（William Thomson）又被稱為克爾文爵士，提出了「絕對溫標」，開啟了現代熱力學的發展。20世紀，電子技術的發展促進了溫度計的進一步發展，出現了許多新型溫度計，如紅外線溫度計、電阻溫度計、熱電阻溫度計等。

溫度升降水銀脹縮

溫度計原理基於熱膨脹性原理，即物體隨著溫度的升高而膨脹，隨著溫度的降低而收縮。在溫度計中，水銀是一種熱膨脹係數比較大的物質，所以能夠很好地反映溫度的變化。當溫度升高時，水銀膨脹，升高到一定位置；當溫度降低時，水銀收縮，降低到一定位置。溫度計利用了這一原理，通過讀取水銀高度的變化來測量溫度的變化。

材質不同原理改變

然而，隨著科技的進步及各個不同的應用，出現了許多不同材料及原理的溫度計：

氣壓式溫度計：氣壓式溫度計是利用氣體的溫度和體積的關係來測量溫度的。在一個密閉的玻璃球中，填充了一定量的氣體。當氣溫升高時，氣體的體積會擴大，壓強也會增加，從而使玻璃球內部的壓力增加。根據玻意耳-馬略特定律的原理，壓力的變化可以反映溫度的變化。

鋼製螺紋式溫度計：鋼製螺紋式溫度計利用不同材質的線性膨脹系數來測量溫度。這種溫度計包括一個由鋼製成的螺旋彈簧和一個表盤。當溫度升高時，鋼的線性膨脹系數也會增加，從而導致螺旋彈簧的螺距增大。這個螺距變化通過機械裝置傳遞到表盤上，顯示出實際的溫度值。

熱電偶式溫度計：熱電偶式溫度計是利用兩種不同金屬之間的熱電效應來測量溫度的。熱電偶由兩種不同的金屬絲焊接而成，兩端相連形成一個電路。當一端加熱時，這種金屬的電子運動速度會加快，導致在電路中產生微弱的電流。這個微弱的電流可以被測量和計算出來，從而反映出加熱端的溫度。

液體膨脹式溫度計：液體膨脹式溫度計是利用液體的體積變化來測量溫度的。在一個密閉的玻璃管中，裝有液體和一根長而細的玻璃管。當溫度升高時，液體的體積會擴大，從而壓縮。

現在，溫度計已成為生活和工業中不可缺少的測量工具，廣泛應用於化學、物理、製造和醫療等領域。

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