?【閱前提示】本篇出自『數(shù)理化自學(xué)叢書6677版』，此版叢書是“數(shù)理化自學(xué)叢書編委會”于1963-1966年陸續(xù)出版，并于1977年正式再版的基礎(chǔ)自學(xué)教材，本系列叢書共包含17本，層次大致相當(dāng)于如今的初高中水平，其最大特點就是可用于“自學(xué)”。當(dāng)然由于本書是大半個世紀前的教材，很多概念已經(jīng)與如今迥異，因此不建議零基礎(chǔ)學(xué)生直接拿來自學(xué)。不過這套叢書卻很適合像我這樣已接受過基礎(chǔ)教育但卻很不扎實的學(xué)酥重新自修以查漏補缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我寫的注解。

【山話嵓語】『數(shù)理化自學(xué)叢書』其實還有新版，即80年代的改開版，改開版內(nèi)容較新而且還又增添了25本大學(xué)基礎(chǔ)自學(xué)內(nèi)容，直接搞出了一套從初中到大學(xué)的一條龍數(shù)理化自學(xué)教材大系列。不過我依然選擇6677版，首先是因為6677版保留了很多古早知識，讓我終于搞明白了和老工程師交流時遇到的奇特專業(yè)術(shù)語和計算模式的來由。另外就是6677版的版權(quán)風(fēng)險極小，即使出版社再版也只會再版80年代改開版。我認為6677版不失為一套不錯的自學(xué)教材，不該被埋沒在故紙堆中，是故才打算利用業(yè)余時間，將『數(shù)理化自學(xué)叢書6677版』上傳成文字版。

第三章物體的熱膨脹

【山話||? 本系列專欄中的力單位達因等于10??牛頓；功的單位爾格等于10??焦耳；熱量的單位卡路里等于4.186焦耳。另外這套老教材中的力的單位常用公斤，如今是不允許的，力是不能使用公斤為單位的?！?

§3-2溫度和溫度計

【01】在第一章中，我們已經(jīng)講過，物體的溫度是組成物體的分子平均動能的標志?，F(xiàn)在我們進一步來說明如何測量物體的溫度。

【02】用手摸沒有生火的爐子，我們覺得它是冷的。如果爐子里生起火來，它就漸漸變熱，從冷變暖再變成灼熱以致燙手，在日常生活中，我們習(xí)慣于用手來接觸各種物體，并且用冷的、涼的、溫的、熱的、燙的這些形容詞來表示物體冷熱的程度，物體冷熱的程度，叫做物體的溫度。例如熱火爐的溫度比冷火爐的高；冬天室外的氣溫比夏天的低。

【03】顯然，直接憑皮膚的感覺來判別物體的溫度是不可靠的。譬如在冬天，我們從寒冷的室外走入室內(nèi)時，把手放在溫度等于室溫的一盆水里，會覺得水是溫暖的，但是當(dāng)我們在火爐旁邊把手烤熱以后，再把它放進同一盆水里，就會覺得水是涼的了。這一點說明單憑感覺來判別物體的溫度常常是靠不住的，在不少情況下，甚至不可能憑感覺來判別物體的溫度，例如比較兩只爐子中火焰的溫度。

【04】因此，為了精確地測量物體的溫度，就要使用一種特制的儀器，這種儀器叫做溫度計。

【05】前面說過，當(dāng)物質(zhì)的溫度發(fā)生變化時，它的一系列物理性質(zhì)都將隨之而變化，這樣，我們就可以根據(jù)不同的原理制成各種溫度計。下面只介紹最常用的一類溫度計。

【06】這類溫度計是根據(jù)液體熱脹冷縮的性質(zhì)制成的。日常用的有水銀溫度計和酒精溫度計兩種。

【07】水銀溫度計是由一根孔徑均勻的玻璃管制成的，它的管孔非常細小，管的下端有一個小玻璃泡。把水銀倒入玻璃管泡內(nèi)，并且加熱到超過開水的溫度時，水銀受熱而發(fā)生膨脹，使多余的水銀從管的上端開口處流出。這時封閉管口。待冷卻后，因為水銀的收縮比玻璃管的收縮厲害得多，水銀柱就開始下降，使管內(nèi)水銀面的上部成了真空。

【08】把這樣做成的儀器放在沸水的蒸汽里（圖3·6）。過一會兒，它的溫度就跟蒸汽的溫度相同，這時管中的水銀柱上升到某一高度。在玻璃管上或管后的木板上作一記號以標明水銀面的位置，并在旁邊注上數(shù)字100。再把這一儀器放到冰水混合物中（圖3·7），等它的溫度跟冰水的溫度一樣時，水銀柱下降到某一位置，也作一記號來標明這個位置，旁邊注上數(shù)字0。

【09】然后把0和100之間的長度等分成一百等分，每一等分叫做一度，用記號“ ° ”來表示。100°以上和0°以下部分同樣用上述的等分距離來刻度。這樣就制成了溫度計。0°和100°叫做溫度計的兩個定點。0°是水的結(jié)冰溫度，叫做冰點；100°是水的沸騰溫度，叫做沸點。

【10】用上面的分度法所定的溫標叫做百分溫標或攝氏溫標，它是為了紀念首先創(chuàng)立這種溫標的瑞典科學(xué)家攝氏斯而命名的。采用攝氏溫標刻度的溫度計叫做攝氏溫度計。它已經(jīng)被普遍地應(yīng)用在日常生活中和科學(xué)技術(shù)上【另一種華氏溫度計目前在英、美等國，仍廣泛地應(yīng)用】。

【11】低于0°的溫度要加上一個“負”字或記號“－”。例如－25°讀作“負25°”或“零下25°”，用攝氏溫度計測出的溫度數(shù)后面都要加一個拉丁字母 C，如20°C，這個 C 字代表攝氏溫標。

【12】根據(jù)不同的用途，溫度計的刻度范圍也不同。圖3·8是一般實驗室用的溫度計，最高的溫度可以達到140°C? 。家庭用的溫度計（通常稱為寒暑表）最高刻度到50°C 就夠用了。

【13】溫度計中不僅可以采用水銀，還可以采用其他液體，象酒精等。因為水銀在－39℃ 時就要凝結(jié)成固體，所以不能用它來測量很低的溫度。在這種場合下，可以利用酒精溫度計，因為酒精的凝固溫度是－114℃? ?。但是酒精在80°C 時就要沸騰，所以使用酒精溫度計不能測量高于80℃?的溫度。

【14】家庭用的多半是酒精溫度計。為了容易看清酒精液面起見，往往使酒精著上紅色或藍色。

【15】溫度計只能指出跟它的玻璃泡相接觸的物體的溫度。因此我們在測量液體溫度的時候，不可以把它從液體中拿出來，否則溫度計的讀數(shù)就要發(fā)生變化。

【16】測量室內(nèi)空氣的溫度時，不可以把溫度計掛在靠近火爐的地方。測量室外空氣的溫度時，應(yīng)當(dāng)把溫度計放在空氣流通的陰暗處，不能讓陽光直接照在溫度計上。這是為了避免由于火爐或太陽對溫度計的直接輻射而使溫度計的讀數(shù)偏高。

【17】最后，我們介紹測量人體溫度的醫(yī)用溫度計，又叫做體溫計（圖3·9）。這是一種水銀溫度計。體溫計的瀏度范圍是從34℃?到42°C，相當(dāng)于人體溫度的變動范圍，健康人的體溫是37℃?左右。體溫計管泡的容積要比上面的細管孔的容積大得多，管泡只要稍微受熱，管中水銀柱的長度就會發(fā)生顯著的變化。又每度的距離也比普通溫度計大得多，一般把它分成十等分，使體溫的測量能夠精確到十分之一度。

【18】體溫計中的水銀柱上升后不能自動地退回到泡里去，這是因為管孔在A點附近做得非常細，當(dāng)水銀膨脹的時候，很容易通過這里升到上面的細管中去。當(dāng)體溫計離開人體冷卻時，泡里的水銀一收縮，水銀就在 A 點處斷開，于是上面的水銀柱就退不回去了。所以體溫計在離開人體后所表示的溫度仍是人體的最高溫度。為了讓上面的水銀再回到泡里，必須拿著體溫計的上部，用力往下甩幾下（注意：不是醫(yī)用溫度計可千萬不能甩）。

【19】最高溫度計和最低溫度計是氣象臺為了測量某一段時間內(nèi)（例如一晝夜）空氣的最高溫度和最低溫度所使用的兩種特制的溫度計。圖3·10(a)是最高溫度計，圖3·10(b)是最低溫度計。這兩種溫度計都是水平放置的。

【20】最高溫度計的管中裝著水銀，其右端有一根小鐵棒。溫度升高時，水銀柱膨脹，把小鐵棒推向右側(cè)。溫度降低時，水銀柱縮短，小鐵棒卻留在原處。因此，小鐵棒的最右端位置就指示出這段時間內(nèi)曾經(jīng)達到過的最高溫度。

【21】最低溫度計中裝的不是水銀，而是酒精。在管中也有一根玻璃小棒。當(dāng)溫度下降時，酒清柱收縮，帶著小玻璃棒向左移動。當(dāng)溫度升高時，酒精能自由地穿過玻璃棒和管壁之間的隙縫，而玻璃棒并不改變它的位置。因此，小玻璃棒的最左端位置就指示出兩次觀察之間這段時間中曾經(jīng)達到過的最低溫度。

【22】如果要用最高或最低溫度計來進行一次新的測量，那么，只要把溫度計傾斜過來，并輕敲溫度計而使小棒滑向左側(cè)（對最高溫度計）或右側(cè)（對最低溫度計）就可以了。

習(xí)題3-2

1、普通溫度計是根據(jù)什么原理制成的？?

2、什么叫做溫度計的定點？它們是怎樣選定的？

3、有兩個溫度計，它們的泡里裝有同樣多的水銀，但是玻璃管的內(nèi)徑粗細不同。試問：當(dāng)把它們同時放在蒸汽中時，兩水銀柱上升的高度是否相等？

4、如圖所示的是歷史上第一個溫度計，它是由伽利略在十六世紀發(fā)明的。它的構(gòu)造很簡單，是一個帶有細長玻璃管的玻璃泡，玻璃管的下端開口插在有色的液體中。當(dāng)加熱玻璃泡時，有一部分空氣從玻璃管中跑出（為什么？）。等玻璃泡冷卻后，有色液體就沿玻璃管上升到某一高度（為什么？）。

????????試問：這個溫度計是利用什么來指示溫度的升高或降低的？這個溫度計的主要缺點是什么？[提示：考慮大氣壓強的影響]

5、沒有甩過的醫(yī)用溫度計的讀數(shù)是37.8℃? 。用它來測量兩個病人的體溫，如果他們的體溫分別是37.4℃ 和38.2℃?，那么，這個體溫計上的讀數(shù)將各是多少？[提示：注意體溫計構(gòu)造上的特點]

6、如果溫度計玻璃管的粗細是不均勻的，那么溫度計的刻度還能保持均勻嗎？為什么？