温度计的历史

开尔文勋爵于1848年发明了用于温度计的开尔文刻度。开尔文标度测量热和冷的极限。开尔文发展了绝对温度的概念,即所谓的“热力学第二定律”,并发展了热的动力学理论。...

开尔文勋爵于1848年发明了用于温度计的开尔文刻度。开尔文标度测量热和冷的极限。开尔文发展了绝对温度的概念,即所谓的“热力学第二定律”,并发展了热的动力学理论。

A portrait of Lord Kelvin

在19世纪,科学家们正在研究什么是可能的最低温度。开尔文标度使用与塞尔修斯标度相同的单位,但它从绝对零度开始,即包括空气在内的所有物质凝固为固体的温度。绝对零度为OK,即-273摄氏度。

开尔文勋爵传记

威廉·汤姆逊爵士,Largs的Baron Kelvin,苏格兰的Lord Kelvin(1824—1907),就读于剑桥大学,是一位冠军赛艇运动员,后来成为格拉斯哥大学自然哲学教授。他的其他成就包括1852年气体“焦耳-汤姆逊效应”的发现和他对第一条跨大西洋电报电缆(为此他被封为爵士)的研究,以及他发明了用于电缆信号的镜检流计、虹吸记录器、机械潮汐预测器和改进的船舶罗盘。

摘自:哲学杂志1848年10月剑桥大学出版社,1882年

…我现在提出的刻度的特征特性是,所有度数都具有相同的值;也就是说,从温度为T°的物体a到温度为(T-1)°的物体B的热量单位将产生相同的机械效应,无论数字为T。这可以被称为绝对刻度,因为其特性与任何特定物质的物理性质完全无关。

为了将该刻度与空气温度计的刻度进行比较,必须知道空气温度计的度数值(根据上述估算原则)。现在,卡诺从他的理想蒸汽机的考虑中得到了一个表达式,使我们能够在实验确定给定体积的潜热和任何温度下饱和蒸汽的压力时,计算这些值。这些元素的确定是雷诺特伟大作品的主要目标,已经提到过,但目前,他的研究还不完整。在第一部分中,已经确定了给定重量的潜热,以及在0°和230°之间的所有温度下饱和蒸汽的压力(空气温度计的百分之);但是,除了要知道不同温度下饱和蒸汽的密度外,我们还必须确定给定体积在任何温度下的潜热。M.Regnault宣布他打算为此目的进行研究;但是,在结果公布之前,我们无法完成当前问题所需的数据,除非根据压缩性和膨胀性的近似定律,通过估算任何温度下的饱和蒸汽密度(雷诺尔的研究已经公布了相应的压力)(马里奥特和盖伊·卢萨克定律,或博伊尔和道尔顿定律)。在普通气候的自然温度范围内,饱和蒸汽的密度实际上是由雷诺尔(Regnault)发现的(Chimie年鉴中的水动力学)我们有理由相信,从盖伊·卢萨克和其他人所做的实验来看,高达100°的温度不会有很大的偏差;但是,我们根据这些定律对饱和蒸汽密度的估计,在230°的高温下可能是非常错误的。因此在获得额外的实验数据之前,无法对提议的刻度进行完全令人满意的计算;但是,根据我们实际拥有的数据,我们可以将新刻度与空气温度计的刻度进行近似比较,至少在0°和100°之间是令人满意的。

最近,格拉斯哥学院(现为剑桥圣彼得学院)的William Steele先生进行了必要的计算,以便将拟定的刻度与空气温度计的刻度进行比较,介于后者的0°和230°之间。他的研究结果以表格的形式呈现在社会面前,并附有一张图表,图表中以图形的方式展示了两个量表之间的比较。在第一个表中,显示了由于单位热量通过空气温度计的连续度数下降而产生的机械效应量。采用的热量单位是将一千克水的温度从空气温度计的0°升高到1°所需的量;机械效应的单位是米-千克;也就是说,一公斤升到一米高。

在第二个表中,显示了根据建议标度的温度,其对应于0°到230°之间的空气温度计的不同度数。两个刻度上重合的任意点为0°和100°。

如果我们把第一个表中给出的前一百个数字加起来,我们会发现,由于单位热量从100°的物体a下降到0°的物体B,功的大小为135.7。根据布莱克博士的说法,现在79个这样的热量单位可以融化一公斤冰(他的结果被雷诺特略微修正)。因此,如果融化一磅冰所需的热量现在被视为一个单位,并且如果一米-磅被视为机械效应的单位,则通过将一个热量单位从100°下降到0°所获得的功量为79x135.7,或接近10700。这相当于35100英尺磅,比一台马力的发动机(33000英尺磅)在一分钟内的工作要多一点;因此,如果我们有一台蒸汽机在一马力下以完美的经济性工作,锅炉的温度为100°,冷凝器的温度保持在0°,通过恒定的冰供应,而不是一磅冰在一分钟内融化。

  • 发表于 2021-09-30 04:22
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