指针式标度盘装置

　　我国最早的指南针还没有使用针状的指针。当时是用形如汤匙、鱼甚至有时用甲鱼状的物品作为“指针”。此后，指针的设计和采用是一次巧妙的改进。有了指针和环绕在周围的标度盘，就使精确度大大地提高了。我们可以说，就是在这一发展阶段上，中国人开创了世界上第一代指针式标度盘装置。这种装置对现代科学来说仍是极其重要的。

　　在一些计算装置中磁针也被用做指针。在我国，人们在计算装置中使用磁针的历史最迟也可追溯到公元570年。该计算装置像是一种算盘，不过它是基于指针式罗盘读数原理制成的。在一部书名为《数术记遗》的古书中就对它进行了描述。书中附有甄鸾的评注。甄鸾写道：“在这种计算中，其位数以针锋所指来定。第一位数为‘离’位，即指向正南；第二位数为‘坤’，乃西南；第三位数为‘兑’，乃正西……”甄鸾还提到，对某个数字进行乘法运算时，则由针的尖端表示出其位置；而对某个数字做除法运算时，则由针的尾部表示出其位置（针的尖端和尾部形状不同）。

　　在我国，人们至少于公元6世纪就已应用指针式标度盘装置，而且很可能早在公元3世纪就已开始。

　　中国的指针式标度盘装置结构之精细复杂令人惊奇。而其中最精巧的，无疑地要首推堪舆家的堪舆罗盘了。其中有些标度盘装置竟由多达40个同心圆组成。在每个不同的同心圆上都标有一套不同的数字以测量各种情况，并可按要求读出数字。

气压计的发明

　　为什么人们登上高山时会出现头晕、心跳、呼吸急促的症状？原来，这是大气压力变化的缘故。由于平地上大气压力较大，空气中氧的压力比血液中的高，所以氧就往人体动脉里渗，再通过血液循环带往全身；高山上由于大气压力减小，空气中的氧气少，动脉血液中氧的压力比外界高，氧气便很难进入人体。通常，人到了海拔6000米左右的高原地区就会出现这些不舒服的症状了。

　　当然，平地和高山上大气压力的不同是通过一种仪器测量出来的，这就是气压计，气压计上的指针可以告诉我们此时此地大气的压力究竟有多大。

　　通过测量大气压力的变化，我们可以预测天气会有怎样的变化等。

　　那么，我们是如何知道自己生活在有压力的大气中的呢？这还得从一次十分有名的实验说起。

　　故事发生在1654年的德国马德堡市。马德堡市市长叫盖里克，他是一位业余科学爱好者，这一年，他进行了一项非常壮观的实验——马德堡半球实验。

　　那天，春日融融，绿草如茵。远处山坡下人山人海，近处草地上热闹非凡，人们又是跳起德国传统的舞蹈，又是扬鞭策马举行赛马表演。

　　不一会儿，盖里克市长也来了，他容光焕发地向大家宣布：“诸位，今天，我将为大家表演一个科学游戏！”

　　说着，他双手将2个铁制的半球高高举起。

　　“等一会儿，我将把这两个半球扣在一起，不用任何东西焊接，然后把里面的空气抽掉，看看谁有能力再把它们分开来。”

　　接着，盖里克“啪”地一声就把这两个半球合上了，他的助手递上了一个小唧筒，三下两下就将里面的空气抽光了。然后，盖里克将两根又粗又结实的绳子系在半球两边的环上。“现在，一切都准备好了，有谁想试一试自己的力气，把这两个半球拉开？”盖里克大声问道。

　　从人群中走出两个彪形大汉，他们自告奋勇地接过市长手中的绳子，一边一个地拔起了河。只见他俩脸涨得通红，但是那两个半球硬是纹丝不动。

　　他们只好认输，垂头丧气地退下阵来。

　　人群一片啧啧声。

　　盖里克又将两边“拔河”的人数增加到2个、3个，可是，铁球还是纹丝不动。

　　盖里克又牵来两匹马，一边套上1匹，两个驭手挥起鞭子，两匹马仰天一声长嘶，4蹄扣地向两边猛拉，可那球仍是依然如故。盖里克又将两边再各加1匹，一会儿又加1匹，这样一直各加到7匹，还是不见动静。

　　盖里克又命令两边再各加1匹，驭手的马鞭霍霍，马嘶啸啸，尘土飞扬，人群也沸腾了起来，加油声此起彼伏……只听“嘭”的一声，铁球终于裂成了两半，两边的8匹骏马各带着半个铁球一下子冲出好远。

　　这就是闻名于世的马德堡半球实验。

　　原来，这是大气压力捣的鬼。盖里克是如何知道大气压力的呢？

　　据说，有一天，盖里克让手下的工人用唧筒抽酒桶里的水，在抽的时候唧筒脱落了，工人用布条重新绑好，或许是由于堵塞过严，使桶口密封了，结果把空气也抽光了，只听得桶内一片沸腾的噪声。

　　盖里克得知这件事情以后，就以铜球代替木桶，让工人也用唧筒抽气。

　　工人越抽越费劲，最后只听到“嘭”的一声，铜球瘪了。

　　从此，盖里克迷上了这种实验，并且开始对它进行了许多研究。马德堡半球的试验就是在这个基础上进行的。

　　其实，早在马德堡半球实验之前，就有人对大气压力进行研究了。

　　早在1640年前后，有人告诉意大利著名科学家伽利略，说抽水机从深井里抽水最多不会高过10米。当时，伽利略年事已高，而且双目失明，无法亲自进行实验了，于是，他叮嘱自己的学生托里拆利，好好研究这个问题。1642年伽利略死后，托里拆利决心实践自己在老师面前的诺言。

　　托里拆利打算用水银来进行实验——比水的密度大13．6倍的水银究竟可以提到多少高度呢？

　　他让助手维维安尼拿来一根长约1米的玻璃管，一端开口，灌满水银，并用手指封住开口，再倒立在水银槽中。当托里拆利放开手指以后，他们发现管顶的水银面降到距离槽中水银面76厘米的高处停住了。接着，他们又用其他形状的玻璃管做实验，结果总是相同的——水银的高度总是76厘米不变。

　　托里拆利认为，在玻璃管水银上方的空间内出现了真空，就是说那里几乎没有任何东西，后人便称其为“托里拆利真空”。这根水银柱管就成了最早的气压计。

　　是什么力量使水银柱上升到76厘米高度的呢？托里拆利猜想，水银柱是被水银面上的大气压力托起的，并且，他把水银柱高度的微小变动看作是大气压的变化而引起的。但是，托里拆利在1647年尚未证实这个假说时就逝世了，对于它的证实，只能留给后人去进行了。

　　托里拆利做的真空实验的消息不胫而走，人们竞相演示着这个实验。

　　消息传到了法国，科学家帕斯卡为了检验托里拆利的说法，在巴黎的教堂顶上做同样的实验，他希望能够测出高处和地面上气压计水银高度的差别，但是，这个实验失败了，因为巴黎市内的建筑不足以得到明显的结果。

　　怎么办？

　　帕斯卡想到山顶上去进行实验。但是，帕斯卡是个半残人，他自己无法爬山，只能求助于他的内弟佩利尔。

　　 1647年11月的一天夜里，帕斯卡在考虑了很久以后，提笔给佩利尔写信：“亲爱的佩利尔，如果真的出现了山顶上水银比山脚下升得低，那么必然会得出这样的结论，空气的重量和压力是造成水银悬挂的唯一原因，因为我们可以肯定，山脚下比山顶上有更多的空气压下来。”

　　经过周密的思考，这个实验在第二年9月的一天进行了。佩利尔将气压计带到了多姆山顶上去，观测气压计水银柱高度有什么变化。果然，实验的结果证实了托里拆利的假说。

　　佩利尔在返回的路上，又作了分段观测，证明水银升高与高度降低成正比。当他回到出发点时，得知留在山下的另一支气压计在他离开的一段时间内水银柱高度并没有发生变化。

　　第二天，佩利尔又在克莱蒙最高的塔脚下和塔顶上重复了他的观测，虽然效果并不明显，但是结果却是肯定的。

　　这个结果使帕斯卡感到非常高兴，他又进一步做了很多实验，研究气压计水银柱高度和气候的关系，他认为，这些知识对农民和旅行家很有用处，因为这可以知道气候的现状以及即将发生的变化。

　　与此同时，还有人用鲤鱼肚里的鱼鳔做了一个实验，他把鱼鳔里的空气尽可能挤干净，然后再把开口扎紧，放到托里拆利真空区内，鱼鳔在里面膨胀了起来。如果在大气压下将鱼鳔充满空气，一旦它到了真空区域，就会膨胀得更大。

　　帕斯卡的实验使人们对气压有了更深的认识。

　　德国马德堡市市长盖里克除了那次惊心动魄的马德堡半球实验以外，还制造过一种水气压计呢！

　　当时，盖里克住在一幢四层楼的公寓里，上面用的水全靠下面提上去。

　　有人为了图方便，设计制造了一个装置，打算通过一个抽成真空的容器，利用空吸作用，将水从底层“吸”到楼上去，这个装置有点类似我们今天使用的眼药水滴管，也有点类似自来水笔的笔胆。

　　然而，怪事发生了！

　　这个装置只能将水吸到盖里克所住公寓的第三层，第四层是无论如何也吸不上去了。

　　盖里克知道，这又是大气压在作祟。

　　为了精确地知道水究竟能升到什么高度，盖里克设计制造了一套设备，它由4根黄铜管首尾相连组成一个垂直的长管，上端为一个玻璃容器，下端为一个旋塞，旋塞浸在一个盛水的容器中。开始时，旋塞紧闭，管子全部充满水，玻璃容器也充满水，然后打开旋塞，管子中的水便下沉到一定的高度，这个高度可以从玻璃容器的边上观测，由浮在水面上的一个木头小人伸出手臂指点一个带刻度的标尺而作出指示。这就是盖里克发明的水气压计。

　　盖里克将水的上升归因于大气压力以及因气压变化而引起的水面高度的日常变动。他对这种变动作了长期研究，试图把这种变动同天气变化联系起来。果然，他成功地根据气压的突然下降预报了1660年的一次严重风暴。

　　托里拆利的气压计是最原始的，带有水银槽，很不方便。如何才能使气压计小巧玲珑，便于携带，而且测量也更精确呢？

　　开始，有人将托里拆利气压计改成虹吸气压计，它省去了水银槽，管子的开端弯过2个直角，利用封闭管和开口管中水银的液面高低之差来测量大气压。

　　 1665年，阿蒙顿发明了一种气压计，它朝着封闭一端的方向狭窄下去，适合于海上使用；后来，到了1688年，阿蒙顿又发明了另一种复式气压计，气压由几个水银柱来平衡，这样可以缩短气压计的高度。

　　还有人将气压计的管子制成倾斜上升或者螺旋上升，使得大气压的微小变化在管子内引起较大的水银柱位移。

　　最著名的要数胡克轮式气压计了。它由一个泡、一根管子、一根U形虹吸管以及一个带刻度的圆环组成，上面有一根指针，有点像钟表上的盘一样。

　　利用这种奇特的装置，放在U形虹吸管内的水银面高度如果有任何微小的变化，那么，就会由小指针的旋转运动明显表示出来。后来，胡克又想了一个方法，用更加简便的结构制造了轮式气压计。

　　为了更精确地读出水银面的高度，有人甚至将显微镜和测微计都用到了气压计上。

　　今天，随着科学技术的日益发展，气压计的精度越来越高，外观也越来越漂亮，但是，其原理还是与原始气压计相同，一种为“水银气压计”，另一种为“空盒气压计”。

气象仪器的发明

　　我们每天都能从电台、电视台知道当天的天气情况和以后几天的天气预报，包括温度、风向和风力、雨情和雨量，有的还会告诉我们大气中的湿度。

　　当然，这些“情报”全都来自气象台。

　　可是，你知道气家台是如何知道这些“情报”的吗？当然得靠仪器：用温度计测温度，用风速计测风速，用雨量筒测量雨量，用湿度计测湿度等。

　　关于温度计的发明故事，我们已经作了介绍。这里，我们将谈谈其他几种气象仪器的发明故事。

　　地球上自从有了大气层，也就有了风，风伴随着人类在地球上经历了漫长的岁月——有时候微风轻拂，有时候暖风扑面，而有时候却狂风怒吼。

　　从感觉上，人们很容易知道风的大小和方向，但是，这是很粗糙的。能不能有一种测量风的仪器呢？

　　我国东汉时代科学家张衡，不仅设计制造了浑天仪和地动仪，而且他还是世界上第一个风信器的发明者呢！

　　所谓“风信器”就是用来指示风向的仪器，我们可以在一些较高的建筑物尖顶上看到它们在随风摆动。

　　当时，张衡在发明了浑天仪和地动仪以后，又对风产生了兴趣。“测天我有了浑天仪，测地我有了地动仪，而这天与地之间的风倒是一个难题。有没有办法制造一件测风的仪器呢？”张衡开始了对风的研究。

　　张衡感到，测风最主要的应该是测它的方向，“我制造的这件仪器，必须满足一个条件，就是能够随风转向，这样，将它安装在高处，抬头一看不就清清楚楚吗？”

　　对张衡来说，制造这样一件仪器并不是难事，不久他就制成了，并把它安在5丈高的杆顶上。

　　“嗨，这是什么玩意儿？大家快来看呀！”人们纷纷前来观看这个从未见过的东西。

　　只见杆顶上有一只铜铸的小鸟，鸟嘴里衔着一朵花。

　　“诸位，这是我刚刚制造成功的一件仪器，我叫它‘相风铜鸟’，这只铜鸟的头总是对着风吹来的方向，有了它，我们可以随时知道东西南北风啦！”张衡兴致勃勃地对大伙说着。

　　“你们看，这只铜鸟真的在转动了！”人们发出了啧啧赞叹声。

　　这只“相风铜鸟”又叫作“候风仪”，也就是我们现在说的风信器。同样的仪器在欧洲直到12世纪才出现，比张衡要晚1000多年呢！

　　风速怎么测呢？这可不是一件容易的事。能测风速的“风速计”直到17世纪才出现，它的发明者便是罗伯特·胡克。

　　胡克的这项发明真是绝妙！原来，它的关键是一块很轻的木板，这块木板可以自由摆动，当风吹来时，这块木板就在一个分度标尺上移动，这样就记录下了风的速度。胡克的这项发明大约在17世纪末期。到了18世纪，风速计又有了许多新的设计。例如，皮克林在胡克的基础上增加了一个抓钩，它可以防止木板在被风吹起后摆回去，这样就能观测到某段时间内的最大风力了。法国一位博学的教士于埃在一篇文章中记载了U形风速计。U形管中有一些液体，当风吹人U形管的一个弯肢后，风的压力使一边的液体表面下降，另一边则上升，风力便由这两边的高度之差来表示。

　　以后，风速计虽然有了很大的改进，但是其基本原理却是相同的。现在，在气象台的观测场地上，10多米高的测风仪总是“高高在上”，它既能测风向，又能测风速，日日夜夜为我们提供着最新的风向风速资料。

　　下雨是最常见的一种自然现象。人们如何了解下雨的程度呢？仅仅用形容词来形容，显然是不够的，还得发明一种仪器来进行测量。雨量计便应运而生了，它是一种计量雨水量的仪器。

　　在雨量计的历史上，我们中国是走在前列的。早在宋代，数学家秦九韶，在他撰写的《数书九章》中，就有一道关于计算雨量计容积的题目。

　　到了公元 1424年，明永乐末年，当时的政府为了掌握全国各地的旱涝灾情，同时也为了测算农业的收成，责成有关人员统一制定了一种雨量计。

　　发到全国各地，命令各州、县将记录到的降雨量向政府报告。其实，这种雨量计十分简陋，和我们今天常见到的量筒差不多，上面标有刻度，可以清楚地知道某一段时间内某一地区下了多大的雨。因为有了统一的标准，当时的政府就可以了解全国各地的下雨情况。如今，在北京文献馆内还存有北京、江宁、苏州、杭州等地的晴雨录，这可算是世界上最早的气候记录了。

　　在欧洲，雨量计的发明则要晚得多。英国最早的测量降雨量的仪器是克里斯多夫·雷恩爵士于1662年设计的。到了1695年，发明风速计的胡克也设计了一种雨量计，它是一个玻璃漏斗，安装在一个木架上，漏斗的下端伸进一个较大的容器内。在漏斗上，有2根绳子将它牢牢地固定在木架上，以防被风吹动。所收集的雨水用秤称量就可以了。

　　与现代雨量计相像的仪器是1722年由英国人霍斯利制造的，他用一个漏斗把雨水收集在一个玻璃量筒里，这样不就省去了称量雨水的麻烦了吗？

　　后来，经过人们的改进，又出现了许多种类的雨量计，而且向自动记录的方向发展。其中最常用的便是虹吸管雨量计：它有一个承雨筒，里面装一个浮筒，浮筒会随着承雨筒中水面的升降而上下移动；同时，它还有一个装时钟的钟筒，当时钟走动时，钟筒就会转动起来。这样，钟筒外面的一张自记纸上就会记录下一条降雨量曲线，雨量大，线条就上升，雨量小，它就下降。

　　有了这种仪器，人们就可以很方便地从这些曲线上了解任何一段时间的总雨量和其他数据了。

　　我们常常用“冷热干湿”4个字来说明周围大气的情况，“冷热”指的是温度，“干湿”指的便是湿度。

　　“能不能制造一种像温度计一样的制造一种湿度计呢？这样，一看上面的刻度不就知道大气干湿的程度了吗？”这一想法最早是德国人兰贝特在1774年前后提出来的，但是兰贝特对此却无能为力。

　　兰贝特的想法却引起了另一个叫布兰德的德国人的注意，“这倒是个好主意！湿度计，一旦发明出来，肯定会受人欢迎的。”

　　于是，布兰德一头钻进了干和湿的世界里，每遇到一种东西，他首先就要看一看这种东西在干和湿的情况下会有什么变化。

　　功夫不负有心人。布兰德终于找到了一种东西，可以用来表示干和湿的变化。说来你也许不相信，这种东西便是最最普通的绳子。

　　布兰德发现，同样一根绳子，弄湿了要比干燥时略微长一点点，利用这种变化不就可以制造湿度计了吗？于是，世界上最早的湿度计诞生了，它其实就是一根下系重物、上端固定的绳子，绳子背后标了一些刻度，可以表示它长度的变化。我们可以想象，这种绳子湿度计的精确度是很小的，只有在大气干湿变化十分悬殊时，它才会有一点点变化。

　　真正具有应用价值的湿度计是由瑞士科学家索绪尔发明的，时间是18世纪70年代。

　　索绪尔对地质学、气象学和植物学具有浓厚的兴趣。他长期从事着阿尔卑斯山的科学研究，是冰川研究的先驱者之一，在他的一生中，曾多次登上了阿尔卑斯山，并将他的所见所闻都记录到了《阿尔卑斯山旅行记》一书中。

　　在研究阿尔卑斯山及其冰川的形成过程中，自然离不开对气候的研究。

　　除了温度之外，湿度成了一个主要问题。当时，温度计已经达到一定水平，但是湿度计却还不如人意。

　　“要是有一种像温度计那样的湿度计就好了，我可以随身携带，测量阿尔卑斯山上各处的湿度了，”索绪尔在撰写《阿尔卑斯山旅行记》一书时，常常闪出这样的念头，“我来设计制造湿度计，人家不会说我是越俎代庖吧！”

　　于是，他开始了湿度计的研制。他首先去图书馆翻阅了所有关于湿度计的论文资料，发现有人用野燕麦芒来制造湿度计，有人用羊肠线来制造湿度计，还有人索性用一根绳子来制造湿度计——周围空气的干湿变化会使绳子的长短相应发生变化……然而，所有这些材料制造的湿度计都不理想。

　　“有没有可能找到一种更合适的材料来制造湿度计呢？”索绪尔开始了新的探索。

　　他把自己能收集到的材料都进行了干湿度方面的测试，希望找到一种在干和湿时长度发生较明显变化的材料。

　　索绪尔对湿度计的研制并不顺利，他遇到了种种困难而进展缓慢，而且他还要外出去阿尔卑斯山勘探。

　　 1775年的某一天，索绪尔对他妻子梳下的一堆长发发生了兴趣。

　　“哎，我怎么就没有想到用头发试一试呢？”

　　索绪尔小心翼翼地挑选了几根较长的头发进行了干湿研究。他发现，一根绷紧的头发在受潮时伸长，干燥时缩短，这种长度的变化可达四十分之一左右。

　　“这种湿度计不妨称‘毛发湿度计’吧！”

　　索绪尔首先设计的一种毛发湿度计，毛发的下端由螺丝夹住，上端则夹在一个圆筒上，毛发的伸缩会使圆筒旋转，从而带动一个指针转动。

　　索绪尔发现，这种毛发湿度计太脆弱了，外出考察携带很不安全。因此，他又设计了第二种毛发湿度计，这种新的湿度计虽然不及第一种灵敏，但却便于携带。

　　在这种湿度计上有一片金属制成的扇形指针，边上有2条槽，一条槽放毛发，另一条槽为丝线，当毛发长度发生变化时，指针便会显示出来。

　　在索绪尔之后，又出现了其他类型的湿度计。例如，利用木板吸湿变宽性质制成的“木板湿度计”，类似的还有“鲸骨湿度计”，另外还有利用某些材料吸湿后重量变化进行测量的“海绵湿度计’”、“岩石湿度计”等。

　　以后，人们又相继发明了干湿球湿度计、电阻式湿度计、红外线吸收式湿度计等，为现代科学技术的发展做出了积极的贡献。

温度计的种类

　　在有文字记载的人类历史上，关于冷热一类的词很早就出现了。我国古代早在先秦文献上就有不少寒暑冷热的记载；到了战国时期，人们已经知道将水存放在瓶内，由水是否结冰来推知气温下降的程度；汉代初期，我国人民进一步发展了以冰测温的温度计雏形。《淮南子》这本书中有这样的说法：“睹瓶中之冰而知天下之寒暑。”

　　大家都知道“炉火纯青”这个成语吧！它的意思是比喻某人的品德修养、学问、技术或处事手段等达到精纯完美的境地。其实，“炉火纯青”还体现了我国古代的一种独特的光学测温术呢！据说，古时候的道家在炼丹时，必须到炉火纯青时才算炼成。

　　以后，这种技术又被广泛用于熔铸青铜合金的技术之中。战国初期有一本书，书名为《考工记》，其中这样写道：“铸金之状……青、白之气竭，青气次之，然后可铸也。”根据现代科学原理，它是说，当温度升至1200℃时，杂质锌将全部挥发，所以白烟消竭。“炉火纯青”说明炉温已经够高，可以浇铸了。

　　您看，这是多么有趣啊！

　　世界上很多物质都具有热胀冷缩的特性，水、空气、水银和酒精等等在加热的情况下体积都会膨胀，而在变冷的情况下则会缩校因此，在日常生活中，我们发现夏天的电线往下垂、冬天的电线绷得直；铁路的路轨夏天变长冬天变短，中间空隙就有大有小；踩瘪的乒乓球放到热水中，凹下去的地方一下子就复原了……这些都是因为热胀冷缩的缘故。人类很早就知道了这种现象，公元前3世纪就有人做实验来演示空气的热胀冷缩，然而都没有想到利用它来测量温度。

　　据说，最早利用这一特性来反映冷热程度的是伽利略，他曾于1581年在意大利的比萨大学学习医学。在这过程中，他发现生病往往与体温的变化有关，可当时，人们除了凭人手触摸确定体温高低外，几乎没有什么可靠的办法。

　　“为什么不发明一种温度计呢？用这种温度计不就可以精确地测出病人的体温了吗？”伽利略的创造发明欲望又一次在心头涌起，“根据什么原理来制造呢？嗯，看来必须在和温度变化有关的热胀冷缩上下功夫！”

　　于是，伽利略一头钻进了“热胀冷缩”世界中去了。然而，发明创造并非一蹴而就之事，它必须具有灵敏的脑袋和灵巧的双手，必须经过认真仔细的思索和坚持不懈的努力，才能最后取得成功，温度计的发明同样如此。

　　一晃10多年过去了，在这期间，伽利略当然不仅仅考虑温度计一件事，他发现了摆动定律，可以使机械钟走得更准确；他在比萨斜塔上做了著名的落体实验；他还因故离开了比萨大学被聘为帕多瓦大学的教授。在帕多瓦大学，伽利略白天教书，晚上同学生们讨论学问，然后再回到自己家里休息。

　　说是休息，其实他还要做实验、制仪器，天天如此。

　　就在这忙忙碌碌之时，1593年伽利略发明了第一支空气温度计。这种仪器结构非常简单，但以前从未有人想到过：它是一根玻璃管，一端开口，另一端有一小泡，然后将它注满水，并将开口的一端立于水盆内的水面之下，这样，小泡内出现了一个含有空气的空间。如果用手握紧小泡，就会使泡内空气受热膨胀，越热膨胀得越厉害，小泡中的空间也越大；相反，小泡内空气就变冷而收缩。如果在玻璃管边上装一个标尺，用来测定水的高度变化，也就可以确定空气温度的变化了。

　　第一枝空气温度计制成以后，伽利略满心欢喜，马上用它到处去测定温度。不久，他就感到不满意了，因为他发现这种温度计很不精确，既不能测低温，又不能测高温：温度太低玻璃管内的水会结冰，温度太高水又会汽化。

　　同时，伽利略还发现，即使温度不变，玻璃管内的水的高度也会有所差异，这是由于它还要受到大气压强变化的影响。由于工作繁忙，伽利略没有精力和时间去进一步研究、改进他的空气温度计了。

　　首先对伽利略的温度计加以改进的是一位名叫雷伊的法国化学家。1632年元旦，雷伊给他朋友写了一封信，信中提出了一种液体温度计，他建议把伽利略的温度计反过来装，在泡里充水，管子里充空气，用水的膨胀来指示温度。他在信中这样写道：“使用的时候，将泡充满水直到颈部，把它放在阳光下或一个发烧病人的手中，热会使水膨胀而上升，上升多少则根据热的高低而定。”

　　但是，雷伊的液体温度计由于没有把玻璃管的上端封闭，水的蒸发就会带来较大的误差。

　　后来，在意大利托斯卡纳大公爵斐迪南二世的指导下，佛罗伦萨的院士们提出了将管子密封的设想，他们将玻璃泡装上酒精，然后熔化玻璃尖把它密封，并把刻度附在玻璃管上。这就是第一个与大气压强无关的温度计。

　　 1657年，大公爵把这种温度计赠送给波兰皇后的使节，皇后的大臣又把温度计转送给巴黎的天文学家布里奥。两年以后，布里奥制造出了第一支用水银作为测温物质的温度计。这样，温度计可测的温度范围就更大了。

　　就在伽利略发明第一支空气温度计之时，他的一位朋友帕多瓦大学的医学教授桑克托留斯则在用一种特殊的验温器来指示人体温度的变化，这种独特的验温器可以说是世界上最早的体温计了。

　　桑克托留斯发明的这种体温计像一条蛇形，球状的上端可放在病人的口中，管子下端放在一个盛水的容器内；蛇形管的刻度用玻璃珠标示，玻璃珠之间的距离则是任意的。虽然这是一个粗糙的仪器，但桑克托留斯却利用它发现了人体在健康和患病时的体温变化。

　　在温度计发展过程中，我们不得不提到德国物理学家盖里克，他曾以马德堡半球实验而闻名于世，殊不知，他在1660年至1662年还创建了一个最不寻常的温度计呢！

　　盖里克这架独特的仪器有近20英尺长，它由一个绘成蓝色，上面嵌着金星的钢球壳和1英寸宽的铜管连接而成，铜管弯成一个很窄很窄的U形，管内灌入了一些酒精。U形管较短一臂的顶端是开口的，酒精液面上漂浮着一个微小的倒扣着的铜箔杯，它与一根绳子连着，绳子绕过悬挂在球壳下的滑轮，绳子的另一端是一个带翅膀的小天使，用小天使来指示管子上的刻度。

　　大钢球壳的一侧加了一道阀门，用空气泵排除空气用以调节酒精的高度。当铜球内的空气膨胀时，U形管开口一端的酒精就上升，小天使则下降；相反，当空气收缩时，小天使就上升。

　　盖里克制造的这个巨大的温度计安装在房子背阴的一面，它上面有7个标度，从“大热”开始一直到“大冷”。这个温度计在当时还真引人注目呢。

　　自从伽利略制成第一支空气温度计开始，人们始终碰到一个难题，那就是“温标”——温度计需要有一个共同的标准，才能被人们广泛接受呀！

　　首先意识到这一问题的是英国著名物理学家玻义耳，他为缺少一个绝对的测温标准而感到深深的苦恼。

　　“有什么办法呢？”玻义耳一边思索着，一边实验着。经过一番钻研，玻义耳建议用茴香油放在酒精温度计的周围，让油凝固，记下当茴香油开始凝固时的酒精高度，然后再计算酒精的膨胀。

　　玻义耳有个助手，名叫胡克，他也跟着玻义耳一起思考着温标问题。有一天，胡克做完实验以后感到十分疲劳，于是，他走到实验室外的酒柜里，倒了半杯葡萄酒，独个儿自斟自饮开了。突然，胡克的眼睛盯在那洋红色的葡萄酒上不动了。

　　“咦，这倒是个好主意，为什么不用这样红色葡萄酒酒精代替无颜色的酒精呢？这样的话，不是更容易观测温度的变动化了吗？”

　　这个灵感，使胡克感到十分高兴，不久，一支清晰易辨的温度计便制成了，它里面灌着红色的酒精。胡克制造的温度计变化非常大，夏天可以膨胀到顶端，冬天可以降低到底部。在杆上刻度时，胡克先是把它放在正在凝固的蒸馏水中，把它停留的位置当作零，再根据液体的膨胀程度分度。

　　著名英国科学家牛顿也曾研究过温标这个难题呢！1701年，牛顿用笔名发表了一篇论文，报道了他在测温学方面的研究成果，牛顿做了一支温度计，取了两个固定点作为温标，一个是雪融化时的温度，另一个是人体的温度，然后，他将这两个固定点间分为12等份。尽管牛顿提出的这种温标并不十分令人满意，但是，他发现的固体冷却定律和他对溶解与沸腾温度稳定性的观察，对温度计的发展至关重要。

　　除此之外，还必须一提的是法国科学家阿蒙顿，他于1702年改进了伽利略温度计，他的温度计是由一个恒定体积的玻璃泡和一个U形管较短的一臂连接而成，U形管较长的一臂内的水银柱高度表示所测得的温度。阿蒙顿的温度计测出的温度与大气压强无关，因此，不同地方的温度计读数可作比较，但是由于他选择水的沸点作为一个固定点，这又与大气压强有关，结果还是不能取得较高的准确度。

　　时间进入了18世纪。

　　由于物理学、医学和气象学等各个方面日益发展的需要，对温度测量的要求越来越高。真所谓“时势造英雄”，在这样的形势下，有3位科学家脱颖而出，他们便是华伦海特、列奥默和摄尔萨斯。

　　华伦海特于1686年出生在德国的但泽，他的父亲是一个商人，父亲为了让他继承家业，特地送他到荷兰学习商业。但是，华伦海特却对科学产生了浓厚的兴趣。终于，他成了阿姆斯特丹一个有名的科学仪器制造家。

　　华伦海特最初是用酒精来制作温度计的，直到1714年，28岁的华伦海特才制造了现在仍以他的名字命名的那种水银温度计。在他的温度计上，他选了3个固定点：第一点取冰、纯水和氯化镁混合物的温度定为0度；第二点取无盐的冰水混合物的温度定为32度，称之为凝结的起点；第三点取温度计插入人体口中或置于腋下的温度定为96度。这便是“华氏温标”。

　　有趣的是，水的沸点虽然不是华氏温标的一个固定点，但是212这一点恰恰与之重合。以后，为了使固定点更精确，人们便改以冰水混合物的温度为3 2度，以在标准大气压下水的沸腾温度为212度。

　　列奥默是一位法国贵族博物学家，他在不知晓华伦海特工作的情况下，沿着不同的路线，探索着温度计的改良工作。

　　列奥默于1683年生于法国的拉罗歇尔，他是一位数学家、动物学家。1730年，列奥默引入了一种温标，他把水的冰点和沸点之间划分为80度，这是因为列奥默注意到，酒精和五分之一水的混合液在从水的冰点加热到沸点时，其体积从1000份膨胀到1080份。但是，由于他忽视了空气压强对液体沸点的影响，他的温度计的测量结果并不理想。列奥默发明的这种温标人们称之为“列氏温标”。

　　瑞典天文学家摄尔萨斯是18世纪前半叶以温标标准化著称的第三位科学家。1742年，摄尔萨斯在一篇向瑞典科学院宣读的论文中，建议人们采用一种新的温标，即“百分温标”，又称“摄氏温标”。他选择了两个固定点，一个是沸水的温度记作0，另一个是结冰的温度记作100，中间分为100个分度。因此，摄尔萨斯当时的情况和我们今天恰恰相反：沸腾的水不是100度，而是0度！这个“摄氏温标”使用起来比以前所有的温标都更令人满意，渐渐地成了科学研究中应用最广的温标。第二年，有人对“摄氏温标”的方向不太满意，于是，将它倒了过来，取水的沸点为100度，冰点为0度，这种习惯便一直延用至今。

　　对于气象观测者来说，最感兴趣的莫过于某一段时间，例如 24小时内温度计所测得的最高温度和最低温度了。今天的报纸、广播和电视上的天气预报，所报的温度也是最高和最低两项。但是，这两项温度如何测定呢？如果使用普通的温度计，岂不是需要一个人每时每刻去观测温度计才行吗？有没有办法制造出可以测出24小时内最高温度和最低温度的温度计呢？

　　 18世纪，许多人都在考虑这个问题，也在设法解决它，英国科学家卡文迪许便是其中之一，他是18世纪英国受人尊敬的一名科学家。18世纪50年代前后，卡文迪许发明了早期类型的最高温度计和最低温度计，它们是两个互相独立的仪器。

　　最高温度计的外表与普通温度计相差不大，关键在于它的上端：水银柱上部有一部分酒精柱，上端开口处还有一个小小的玻璃容器。当温度逐渐上升，达到最高时，水银柱顶着酒精柱达到最高处，多余的酒精便溢出到玻璃容器中。随着温度的下降，酒精柱上方出现了一段空间，这段空间便能表示它曾达到的最高温度。

　　最低温度计就像一根倒置的虹吸管，长肢封闭，短肢通过一个玻璃球与一个大圆筒连通。玻璃球和大圆筒原先都装有酒精，水银则从短肢顶端延伸到长肢向上的某一点来表示环境温度。当温度下降时，圆筒内的酒精收缩，水银从短肢跑进玻璃球内就跑不出来了。如果后来温度上升了，则短肢上部充入一段酒精柱，其长度同温度上升成正比。短肢上水银高度将表明这温度计比它这时的温度低了多少，如果从现在的高度减去这个差值，就可以知道它所达到的最低温度是多少了。

　　卡文迪许发明的这种仪器直到18世纪末才被人们废弃，代之以带有小的活动指标的温度计。这个指标由温度计液体表面的升降来加以操纵，至今我们还可以看到它们的应用，这便是由一个名叫西克斯的人所改进的组合式最高最低温度计。对自己的这一发明，西克斯曾自豪地说：“我通常在晚上去察看我的温度计，从左边的指标看看昨天夜里的冷，从右边的指标看看今天白天的热。我将这些记录下来，然后把一块小磁铁作用于管子被指标贴住的部分，使指标向下移动到水银表面。这样，无需加热、冷却、分离或扰动水银，也无需移动仪表，便可以使这仪表一动也不动就已经调整好了，准备作另一次记录。”

　　发明了能测最高、最低温度的温度计对我们真是太有用了，我们今天的天气预报不就是预报每天的最高、最低温度吗？

　　到了19世纪末20世纪初，科学技术的发展要求更精确的温度计，同时，科学技术的发展也为更精确温度计的诞生创造了条件。在这一时期，诞生了温差电偶温度计、电阻温度计、辐射热计、光测高温计以及氢温度计等。

　　 1874年，德国科学家西门子首次制成了电阻温度计，它是利用金属或半导体的电阻随着温度改变的性质而制成的一种温度计，由于这种温度计比较精确，往往被用作温度测量的标准。

　　 1902年，由费里发明的辐射热计是一个带有手柄的圆柱型仪表，它可以测定来自一个方向的热辐射强度。仪器的背面有着棋盘形黑、白相间铝箔制成的辐射热接受体，正面则是一个电流表。如果我们要进行测量，只要将接受体对着辐射源直接读数就可以了。

　　光测高温计又称为光学高温计，它是利用炽热物体发出的光测量其温度的一种高温测量仪器。1878年由克罗伐研制的这种仪器其实是一个内部装有特制电灯泡的简单望远镜，使用的时候，将它直对着待测物体，使待测物体的发光面在灯泡的灯丝处形成一个明亮的像，然后再调节灯丝的电流，使其亮度与像的亮度相同，这时，由电流的大小就可读出炽热物体的温度。它可以测量800℃至3200℃之间的温度。

　　氢温度计是一种气体温度计，1901年由霍尔本研制成功。氢温度计是利用氢气的压强或体积随温度而变化的性质制成的温度计。

　　今天的温度计已成了一个大家族，尤其是进入电子时代以后，小巧灵便的液晶显示温度计更是受人欢迎。