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華倫海特,男,荷蘭人,著名物理學家。1717年移居荷蘭阿姆斯特丹,在這裡被核准為儀器製造專家。1736年9月16日,華倫海特在荷蘭海牙逝世,終年50歲。

華倫海特溫度計
華倫海特(Fahrenheit,GabrielDaniel)

德國——荷蘭物理學家

出   生:1686年5月24日

星座:金牛座

出生地:但澤(現為波蘭的格但斯克)

去   世:1736年9月16日卒於荷蘭海牙

曾在德國、英國、丹麥和瑞典旅行學習,拜訪過許多科學家和儀器製造者,獲得儀器製造者的職業。1717年移居荷蘭阿姆斯特丹,在這裡被核准為儀器製造專家。他建立了一個機械車間,製造溫度計、氣壓計、液體比重計和其他物理學和天文學儀器,並潛心於氣象學、物理學方面的研究。

1 華倫海特 -生平簡介

華倫海特
華倫海特

華倫海特(1686—1736)是荷蘭物理學家。1686年5月24日誕生於波蘭格但斯克。

1701年華倫海特的父母突然去世,他的保護人送他到阿姆斯特丹接受商業教育。華倫海特在那裡學習科學儀器的製作,對物理學很有興趣。1707年他先後前往柏林、萊比錫、德累斯頓、哈勒等地,通過參觀別的學者以及工匠的操作,學到了不少技術。1708年在哥本哈根遇到了丹麥天文學家羅默(1644—1710年),建立了友誼。1715年華倫海特和數學家萊布尼茨合作製成測定大海經度的時鐘。1724年華倫海特正式確立以他名字命名的溫標。同年,他被選為英國倫敦皇家學會會員。1736年他發明一種抽水泵,獲得了專利,用這種泵抽幹了荷蘭一些低洼地里的水。
1736年9月16日,華倫海特在荷蘭海牙逝世,終年50歲。

2 華倫海特 -科學成就

華倫海特
溫度計
1.華倫海特在物理學中的貢獻是建立了華氏溫標。他把水的沸點定作212°,冰點記作32°。在書寫華氏溫度的時候,在數值後面加上°F,讀作「華氏度」。這種溫標的一個優點在於,對於常用的溫度,很少需要負的度數。

2.此外,華倫海特發明了凈化水銀的方法,並且第一次提出了在溫度計中普遍使用水銀的主張,他自己就製作過水銀和酒精兩種溫度計。華倫海特還發現了水的沸隨大氣壓變化的規律,應用這一規律研製成功沸點測高計。

1701年羅默製作了一種酒精溫度計,他用水的沸點作為上固定點,定作60°;融化的冰的溫度為下固定點,定作7.5°;冰和鹽水混合物的溫度定作0°1708年華倫海特拜訪了羅默,參觀了羅默製作的溫度計。回來后,華倫海特對羅默的刻度方法作了多次改進。把冰水混合的溫度作為低點,定作30°,人體溫度作為高點,定作60°。這就是第一個華氏溫標。

1724年,華倫海特發現原來的標定刻度給實際使用帶來不便,就把高點改成96°,低點改成32°。後來,華倫海特寫成一篇關於不同液體的沸點的論文,把水的沸點定作212°。華倫海特去世以後,人們把水的沸點作為高點,定作212°F,這樣人體的溫度應該是98.6°F,而不是華倫海特原來定的96°F

3. 華倫海特(DanielGabrielFahrenheit,1686~1736)物理學家。1686年5月14日生於但澤(現格但斯克,波蘭)。曾在德國、英國、丹麥和瑞典旅行學習,拜訪過許多科學家和儀器製造者,獲得儀器製造者的職業。1717年移居荷蘭阿姆斯特丹,在這裡被核准為儀器製造專家。他建立了一個機械車間,製造溫度計、氣壓計、液體比重計和其他物理學和天文學儀器,並潛心於氣象學、物理學方面的研究。

華倫海特1709年發明了第一隻實用酒精溫度計。1714年又改用水銀作測溫物質製成水銀溫度計,定出了歷史上第一個經驗溫標──華氏溫標,使溫度測量第一次有了統一的標準。從而使熱學走上了實驗科學的道路。最初華倫海特選用兩個固定點:把水、冰和氯化氨或鹽的混合物的溫度作為一個固定點,定為零度,把健康人的體溫作為另一個固定點,定為96度。后又把冰水的混合物作為第三個固定點,定為32度。後來華倫海特又擴展了他的溫標,把水在標準大氣壓下的沸點作為一個固定點,定為212度。1724年正式確立了以他名字命名的溫標,同年華倫海特被選為英國皇家學會會員。華氏溫標規定冰點(標準大氣壓下冰與被空氣飽和的水之間的平衡溫度)為32度,水的沸點(標準大氣壓下水和水蒸氣之間的平衡溫度)為212度。歷史上以華氏溫標所定義的溫度叫華氏溫度。隨著科學技術的進步,人們早就不再用華氏溫標。現在一些國家(美國和加拿大等)在許多情況下仍繼續使用華氏溫度,但這已不是原來的華氏溫標所定義的溫度,而是按下列數學公式所定義的溫度:tF=32+(9/5)t。tF是華氏溫度的值,t是攝氏溫度的值。華氏溫度的單位為華氏度,常用符號是°F。1華氏度的大小恰好等於5/9攝氏度。

華倫海特還進行過一系列的實驗研究。他發現了每一種液體都像水一樣有一個固定的沸點,液體的沸點隨氣壓的不同而變化,這一發現對精密的計溫學是個很大的貢獻。他研究了液體的沸點與壓強和溶於其中的鹽的含量關係,設計成功帶氣壓表的溫度計。1721年他發現了水在冰點以下仍保持液態即水的過冷現象。他設計成功新型比重計,編製了物體的比重表。這些為物質熱學性質的進一步研究奠定了基礎。

3 華倫海特 -溫度計的老祖宗

華倫海特
伽利略
最早發明溫度計的,是義大利的大科學家伽利略。伽利略生活在16世紀中葉。他是第一個用望遠鏡觀察天體的人,那架望遠鏡還是他自己製造的。他首先發現月球的表面是凹凸不平的,發現環繞太陽運行的木星尚有四個衛星在繞著它轉圈子,發現太陽的光球層上有黑色的斑點,稱它為黑子。伽利略對於神秘的自然現象,從來不肯輕易放過。他發現了許多有名的物理定律,創造了不少科學儀器,溫度計只是其中的一種。伽利略在做實驗的時候,發現空氣受了熱要膨脹,遇到冷要收縮。他就利用空氣熱脹冷縮的性質,製造了一個空氣溫度計。

這具溫度計的老祖宗——空氣溫度計是怎麼做的呢?

用一個像雞蛋一樣大小的空心玻璃球,連著一根細細的開口的玻璃管。先用手把玻璃球焐熱,玻璃球里的空氣就膨脹了,一部分從玻璃管溜了出來。這時候,把玻璃管倒插入一隻裝有水的瓶子里。當手離開玻璃球以後,玻璃球里的空氣就冷卻了,瓶里的水就上升到細玻璃管里來了。

一具溫度計就這麼做成了。天氣熱的時候,玻璃球里的空氣就要膨脹,玻璃管里的水就會下降;天氣冷的時候,玻璃球里的空氣就要收縮,玻璃管里的水就會升高。只要用尺子量一下玻璃管里水的高度,就可以知道天氣的冷和熱的程度了。

裴迪南的改進

伽利略的溫度計有個缺點,它要受大氣壓力的影響。

為什麼呢?因為下面裝水的瓶子不是密封的,大氣壓力老是壓在瓶子里的水面上。即使天氣的冷熱沒有發生變化,大氣壓力增大了,玻璃管里的水也會上升;大氣壓力減小了,玻璃管里的水也會下降。所以,這種溫度計測的溫度是不準確的。

伽利略有個學生,叫裴迪南,他設法改進了老師所創造的溫度計。為了使溫度計不受大氣壓力的影響,必須的把盛水的瓶子密封起來。但是在這樣密封的瓶里,空氣的膨脹和收縮就不大明顯了,於是他想是否可以用液體來代替空氣,把液體裝在連著玻璃管的空心球內,把玻璃管的一端密封起來,然後把它倒過來,這就成為現在溫度表的形狀了。

裴迪南試驗了許多種液體,發現酒精在受熱或變冷的時候,體積變化很大。他就用酒精來代替空氣,裝在玻璃球里。再把玻璃球加熱,讓一部分酒精成為蒸汽。等到酒精蒸汽把玻璃管里的空氣全趕跑了,就把玻璃管的口子第一個不受大氣壓力影響的真正的溫度計,就是這樣誕生的。人們只要用尺量一下玻璃管里酒精的高度,就知道溫度的高低了。

後來,人們給溫度計里的酒精染成了紅色,觀察起來就更加清晰了。現在通常用來測量氣溫的溫度計,裡面裝的就是染紅的酒精。

各有所長

但是酒精溫度計有個缺點,酒精在78攝氏度就要沸騰,到了這時候,玻璃管里模糊不清了。用酒精溫度計,連水的沸點(沸騰的溫度)也沒法測出來。到了1695年,才有人用水銀來代替酒精。水銀要到357攝氏度才沸騰,水銀溫度計可以測的溫度,就比酒精溫度計高得多。水銀是一種亮閃閃的銀色的液態金屬,觀察起來也很清晰。現在我們用的測體溫的溫度計,裡面裝的就是水銀。可是水銀也有個缺點,它在-39攝氏度就要凝結成不能流動的固體。所以到了一39攝氏度以下,用水銀溫度計測溫度,就得不到正確的結果。

到南極和北極去考察的科學家,就沒法用水銀溫度計來測那兒的氣溫。那怎麼辦呢?不要緊,可以讓酒精溫度計來擔任這個職務。酒精要在-117攝氏度才凝結成固體。在地球上面的任何地方,都沒有這樣低的氣溫。

酒精溫度計和水銀溫度計各有所長。它們互相補充,就可以量出-117攝氏度到357攝氏度之間的溫度。

但是科學技術的發展是沒有止境的,人們還需要量更低和更高的溫度。現在,人們已經創造了壓力溫度計,可以量-60攝氏度到550攝氏度的溫度;創造了電阻溫度計,可以量-260攝氏度到600攝氏度的溫度,還創造了可以量攝氏幾千度、甚至上萬度的輻射溫度計和光學溫度計。

4 華倫海特 -量冷熱的尺子

華倫海特
溫度計
溫度計上都有刻度,這是量冷熱的尺子。最早的時候,各人製造的溫度計上的刻度不相同,使用起來很不方便。

德國人叫華倫海特,想出了一個把溫度計上的刻度統一起來的辦法。他把溫度計放在冰雪和鹽的混合物里,看玻璃管里的水銀降到哪兒,就在玻璃管上刻一條線,這時的溫度計作為零度(當年所了解的最低溫度)。再把溫度計放在自己嘴裡,看水銀升到哪兒,又刻一條線。把這兩條線之間平分成24格,一格作為一度。後來,他覺得這樣的格子太大,又把每一格平分成4格,一共成了96格,從0度到96度。再用同樣大小的格子,刻出零度以下和96度以上的度數。其他的液體(如酒精)也可以用同樣方法來定刻度。許多人採用了這種刻度溫度計。因為它是華倫海特創造的,所以叫華氏溫度計,量出來的度數就是華氏多少度,用「F」來表示。例如水的冰點是華氏32度,就寫成「32F」;水的沸點是華氏212度,就寫成「212F」。

後來,瑞典人攝爾休斯又想出了一個辦法。他把水結冰的溫度作為0度。把水沸騰的溫度作為100度。把0度與100度之間平分成100個格子。再用同樣大小的格子,刻出0度以下和100度以上的度數。

攝爾休斯創造的刻度辦法,比華倫特的簡便得多,所以更受到人們的歡迎。用這個辦法刻度的溫度計,叫做攝氏溫度計,量出來的溫度就是攝氏多少度,用「C」來表示。

不過應該說明一點,在工業生產和科學實驗中,現在都採用1968年國際實用溫標,攝氏溫標現在已經廢棄不用。現在所用的攝氏度是國際實用攝氏度而言的。這是隨著生產和科學技術的發展,經過多次修改的結果。這方面的知識,你們將來在物理學課程中會學到它,就不在這裡介紹了。

5 華倫海特 -兩種溫度計

華倫海特
溫度計
華倫海特做了兩種溫度計——一種裝上酒精,另一種裝上水銀。從他在1724年發表的第一篇論文來看,他那時所用的溫度計選用了兩個固定點:結冰的鹽水混合物的溫度和人體的血液的溫度,並把它們之間的間隔分為96度。從他1724年發表的第二篇論文來看,他還使用了以冰水混合物決定的第三個固定點。我們從這篇論文中引述如下:「那些溫度計的刻度僅僅是使用在始於0度和止於96度的氣象觀察而已。這個刻度取決於三個固定點的測定,它們是用如下方法得到的:首先,最低點……是以冰、水和氯化銨或海鹽的混合物來確定的,如果把溫度計浸在這混合物中,則[溫度計內]液體降落到記為零的點。這個試驗在冬天比在夏天更成功。第二點是這樣得到的,如果混合物是由水和冰混合而成,但沒有剛才所說的鹽;如果把溫度計浸在這種混合物中,則溫度將固定在32度……第三點是在第96度,如果溫度計是放入健康人的口中或腋下,酒精就膨脹到這一點。」

在他的第五篇論文中,他說:「在解釋關於一些液體的沸點的實驗中,曾講過那時發現水的沸點是212度;後來通過種種觀察和實驗,認識到這一點對於同一種水和在相同的大氣重量下是固定的,但在不同的大氣重量下它可能很不相同。」由此可見,在1724年的212度的數字是沒有預先安排的;沸水純粹是碰巧使水銀柱升高到那一點。如果我們對華倫海特1724年的論文的解釋是正確的,那正是同樣偶然的原因才促使他把32度記為水的冰點,並把180度固定為水的冰點和沸點之間的度數。我們可以預料,在華倫海特後來的實踐中,他的實驗結果使他放棄了在他的第一篇論文中敘述到的兩個固定點,並選擇了水的冰點和沸點的溫度作為更加方便的固定點。但是,我們沒有直接的和可靠的信息來證明或者是他或者是他的阿姆斯特丹的合作者實際上走了這一步。在他贈送給C.沃爾夫的兩個溫度計的1714年的《博聞錄》中的說明書表明,從結冰的鹽水混合物到血液溫度之間首先劃分為24份,然後把這24份的每一份再更細地分為4份,全部就是96等份。

華倫海特
溫度計
當華倫海特的溫度計被荷蘭人和英國人採用時,其他國家卻遲遲看不到它的價值。在法國,勒奧默設計了溫度計。勒奧默(R6aumur)因他在動物學、植物學和物理學上的研究而聞名,但他不熟悉華倫海特的成就。由於不滿意阿蒙頓的空氣溫度計(但勒奧默仍然認為它是唯一適用的溫度計),又由於水銀的膨脹係數小,勒奧默強烈地反對使用水銀,他致力於製造一種既方便又能達到精確度要求的酒精溫度計。他的實驗偶然地使他很好地觀察到液體體積的收縮,這可能是由於幾種液體混合的結果。他發現酒精(和1/5份的水混合)在水的結冰溫度和沸騰溫度之間的膨脹是從1000個單位體積到1080個單位體積;因此他把玻璃管的結冰和沸騰點之間的距離分為80份。但是,勒奧默的溫度計結果不好。各種各樣的難以置信的讀數都顯示出來了,並且不同的溫度計也不一致。日內瓦的德呂斯恢復使用水銀,並以如此有力的論據強調了它的優越性,一個物理學家熱情地呼喊道:「自然界給我們這個礦物肯定是為了做溫度計。」

6 華倫海特 -換算公式

溫標

華氏溫標(Fahrenheit,符號為°F)是由德國物理學家丹尼爾•家百列•華倫海特(DanielGabrielFahrenheit,1686-1736)得名。華氏溫標的規定是:在標準大氣壓下,冰的熔點為32度,水的沸點為212度。他將冰與鹽混和后,所能達到的最低溫度定為0°F,而將人體溫度定為100°F,兩者間等分成100個刻度。

攝氏溫標(Celsius,符號為°C)是由瑞典天文學家安德斯•攝西阿斯(AndersCelsius,1701-1744)得名。攝氏溫標的規定是:在標準大氣壓下,冰的熔點為0度,水的沸點為100度,中間劃分100等分,每等分為1°C。

7 華倫海特 -華氏溫標換算

其他常用的溫度測量單位還有華氏溫標和熱力學溫標。
• 華氏溫度
攝氏溫標和華氏溫度(degreeFahrenheit,℉)兩種溫標的轉換公式為:

°C=5/9(°F-32)

°F=9/5°C+32

熱力學溫標
攝氏溫標和熱力學溫標(Kelvin,K)兩種溫標的轉換公式為:

K=°C+273.15

°C=K-273.15

 

用換算公式的例子
68華氏度是多少攝氏度?
將68代替《F》,算出《C》:
C=(68-32)*5/9,
C=36*5/9,
C=20
20°C=68°F

在什麼溫度下兩個單位的值是一樣?
在上述的一個公式,將《T》代替兩個溫標,然後算出《T》:
T=T*9/5+32,
-32+T=T*9/5,
-32=T*4/5,
-40=T
-40°C=-40°F

8 華倫海特 -對熱學的研究

華倫海特
史書記載
熱學是研究物質處於熱狀態時的有關性質和規律的物理學分支,它起源於人類對冷熱現象的探索。人類生存在季節交替、氣候變幻的自然界中,冷熱現象是他們最早觀察和認識的自然現象之一。

對中國山西芮城西侯度舊石器時代遺址的考古研究,說明大約180萬年前人類已開始使用火;約在公元前二千年中國已有氣溫反常的記載;在公元前,東西方都出現了熱學領域的早期學說。中國戰國時代的鄒衍創立了五行學說,他把水、火、木、金、土稱為五行,認為這是萬事萬物的根本。古希臘時期,赫拉克利特提出:火、水、土、氣是自然界的四種獨立元素。這些都是人們對自然界的早期認識。

1714年,華倫海特改良水銀溫度計,定出華氏溫標,建立了溫度測量的一個共同的標準,使熱學走上了實驗科學的道路。經過許多科學家兩百年的努力,到1912年,能斯脫提出熱力學第三定律后,人們對熱的本質才有了正確的認識,並逐步建立起熱學的科學理論。

歷史上對熱的認識,出現過兩種對立的觀點。18世紀出現過熱質說,把熱看成是一種不生不滅的流質,一個物體含有的熱質多,就具有較高的溫度。與此相對立的是把熱看成物質的一種運動的形式的觀點,俄國科學家羅蒙諾索夫指出熱是分子運動的表現。

針對熱質說不能解釋摩擦生熱的困難,許多科學家進行了各種摩擦生熱的實驗,特別是朗福德的實驗,他用鈍鑽頭鑽炮筒,因鑽頭與炮筒內壁摩擦,在幾乎沒產生碎屑的情況下使水沸騰;1840年以後,焦耳做了一系列的實驗,證明熱是同大量分子的無規則運動相聯繫的。

焦耳的實驗以精確的數據證實了邁爾熱功當量概念的正確性,使人們擯棄了熱質說,並為能量守恆定律奠定了實驗基礎。與此同時,熱學的兩類實驗技術——測溫術和量熱術也得到了發展。
熱學理論有兩個方面,一是宏觀理論,即熱力學;一是微觀理論,即統計物理學。這兩個方面相輔相成,構成了熱學的理論基礎。

9 華倫海特 -主要貢獻

華倫海特
史料記載

華倫海特(DanielGabrielFahrenheit,1686~1736)物理學家。1686年5月24日生於但澤(現格但斯克,波蘭)。曾在德國、英國、丹麥和瑞典旅行學習,拜訪過許多科學家和儀器製造者,獲得儀器製造者的職業。1717年移居荷蘭阿姆斯特丹,在這裡被核准為儀器製造專家。他建立了一個機械車間,製造溫度計、氣壓計、液體比重計和其他物理學和天文學儀器,並潛心於氣象學、物理學方面的研究。

華倫海特1709年發明了第一隻實用酒精溫度計。1714年又改用水銀作測溫物質製成水銀溫度計,定出了歷史上第一個經驗溫標——華氏溫標,使溫度測量第一次有了統一的標準。從而使熱學走上了實驗科學的道路。最初華倫海特選用兩個固定點:把水、冰和氯化氨或鹽的混合物的溫度作為一個固定點,定為零度,把健康人的體溫作為另一個固定點,定為96度。后又把冰水的混合物作為第三個固定點,定為32度。後來華倫海特又擴展了他的溫標,把水在標準大氣壓下的沸點作為一個固定點,定為212度。1724年正式確立了以他名字命名的溫標,同年華倫海特被選為英國皇家學會會員。華氏溫標規定冰點(標準大氣壓下冰與被空氣飽和的水之間的平衡溫度)為32度,水的沸點(標準大氣壓下水和水蒸氣之間的平衡溫度)為212度。歷史上以華氏溫標所定義的溫度叫華氏溫度。隨著科學技術的進步,人們早就不再用華氏溫標。現在一些國家(美國和加拿大等)在許多情況下仍繼續使用華氏溫度,但這已不是原來的華氏溫標所定義的溫度,而是按下列數學公式所定義的溫度:tF=32+(9/5)t。tF是華氏溫度的值,t是攝氏溫度的值。華氏溫度的單位為華氏度,常用符號是°F。1華氏度的大小恰好等於5/9攝氏度。

華倫海特還進行過一系列的實驗研究。他發現了每一種液體都像水一樣有一個固定的沸點,液體的沸點隨氣壓的不同而變化,這一發現對精密的計溫學是個很大的貢獻。他研究了液體的沸點與壓強和溶於其中的鹽的含量關係,設計成功帶氣壓表的溫度計。1721年他發現了水在冰點以下仍保持液態即水的過冷現象。他設計成功新型比重計,編製了物體的比重表。這些為物質熱學性質的進一步研究奠定了基礎。

10 華倫海特 -溫標計量

由於各種溫度計的不斷發明和發展,測量溫度的標尺——溫標也不斷出現,它是為了量度物體測試高低而對溫度零點和分度方法所作的一種規定,是量度溫度的單位制。不同的溫標規定溫度的標準點和分度的間隔不同。18世紀使用較多的主要有華倫海特溫標和攝爾西烏斯溫標兩種,它們分別以其發明者的名字命名。

華倫海特在荷蘭是一個吹玻璃的工人,他從1709年開始製造讀數一致的酒精溫度計。1714年他知道了阿蒙頓在水銀熱膨脹方面的研究后,開始製造水銀溫度計,併發明了凈化水銀的方法,還第一次倡導在溫度計中普遍使用水銀,並成功地製成了能在標尺的全量程內給出相同指示的溫度計。華倫海特溫標條用3個固定點:0°F、32°F和水的沸點212°F。不過,他開始時只選擇兩個固定點。一個固定點的溫度相當於他妻子的體溫,定為100°F(以現在的精確測量可知,人的體溫約99°F);另一固定點0°F,相當於水銀柱在北愛爾蘭某個冬日所降低到的最低點。他將這兩點之間的距離分成100個等份,每一分稱1度。他覺察到這樣規定仍是不確定的,後來的華氏溫標是把冷的混合物(冰、水、氯化銨和鹽)的溶點作為0°F,冰的溶點為32°F,到1724年發表成果時,他畫上了水的沸點為212°F,並把水的冰點和沸點之間的180°F,均勻固定了間隔。華氏溫標至今還為某些國家所採用。華倫海特在了解到阿蒙頓關於「水只在確定的熱度時沸騰」的發現后,利用華氏溫標的溫度計成功地確定了下述事實:不同的液體是不同的,但是「確定的熱度」時沸騰。除水的沸點為212°F外,他測定的物質還有:熱度是48°F、比重為0.826的酒精的沸點是176°F;熱度是48°F、比重為1.878的濃硫酸的沸點是546°F……1742年瑞典天文學家攝爾西烏斯引入了百分刻度制。起初他把水的沸點定為0°C,而把冰的熔點作為100°C。把這兩個固定點的標度值對換過來而以冰點為0°C,是8年後攝爾西烏斯的同事施勒默爾採用的,即現在的百分溫標。不過,目前在工業生產和科學實驗中採用的是1968年「國際實用溫標」,攝氏溫標已廢棄不用。現在所用的攝氏度是指國際攝氏度而言。由於採用絕對零度,「百分」一詞不再使用。

11 華倫海特 -參考資料

1.http://www.pep.com.cn/200406/ca435144.htm

2.http://www.laotela.com/articles/celebrity/2008/02-22/02190121.htm

3.http://cooco.net.cn/groupmsg/500/

 

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