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寒假准备带娃去哪里玩？

天气这么冷

起床第一件事是不是看天气预报

你知道温度的这个“度”是从哪里来的吗？

那么今天就和大家来聊聊

温度与湿度

伽利略温度计

伽利略温度计

最早测量温度的是伟大的伽利略（Galileo Galilei，1564-1642，参见“伽利略的望远镜”一文）。他有一句名言“能测的要测出来，不能测要让它能测（Measure what can be measured, and make measureable what cannot be measured.）”。

1593年，他做了一个温度计，这个温度计实际上是一个盛了水的密封玻璃管子，里面有好几个大小及重量不一的空心玻璃球，玻璃中灌上不同颜色的液体，底部还挂上温度的标记。当温度变化时，水的浮力会产生变化（这是为什么？），有些玻璃球会浮起，有些玻璃球会下沉。最下面那个玻璃球的温度标记则是当时的温度。这个温度计就叫做伽利略温度计（Galileo Thermometer）。它不大准确，现在通常只用作装饰。

华氏温标

丹尼尔·华伦海特

最早提出温度标尺的是丹尼尔·华伦海特（Daniel Gabriel Fahrenheit，1686－1736）。华伦海特出生于波兰的格但斯克（波兰语：Gdańsk）。1709年，他首先发明了酒精温度计。

1714年，他又发明了水银温度计。他还定义了华氏温标（记为°F）。那时候，人们认为能使盐水结冰温度是最冷的温度。华伦海特用不同浓度的盐水做实验，最后找到一个最冷的温度并把它定义为0°F。此外，他把人体的温度定义为100°F，但实际上人体温度是98.6°F。后来，华伦海特移居荷兰，最后在荷兰的海牙因水银中毒病逝，终年50岁。今天，华氏温标在美国和几个中美洲国家仍在继续使用。

列氏温标

列奥缪尔

列氏温标是由法国科学家列奥缪尔（Rene Antoine Ferchault de Reaumur，1685—1757）发明的。列奥缪尔自幼聪颖，24岁就入选为法国皇家科学院院士。他是一位百科全书式的学者，研究的内容囊括数学、物理学、化学、生物、冶金、考古等等。

他发现钢与铁的不同在于碳的含量，还发现制作陶瓷的关键是温度。

他有一部六卷的巨著《昆虫的历史》（History of Insects），其中描述了贝壳的生长、蜘蛛丝的强度、龙虾与螃蟹的断肢再生等等。

《昆虫的历史》

1740年他建立了列氏温标（记为°R）。他显然不知道华氏温标。他将水的冰点定为0 °R；将酒精体积改变千分之一的温度变化为1 °R。这据此水的沸点为79.9792 °R。今天，列氏温标已经不再使用了，但列奥缪尔度对科学的贡献永存。

摄氏温标

安德斯·摄尔修斯

摄氏温标是由瑞典科学家安德斯·摄尔修斯（瑞典语：Anders Celsius，1701—1744）于建立。

摄尔修斯毕业于瑞典名校乌普萨拉大学（Uppsala University）。这所大学建校于1477年，是北欧最古老的大学，也是世界上最早的大学之一。摄尔修斯在1730年开始任该校的天文学教授。他曾参与法国组织的地球测量工作，远赴北极考察，最终证明地球的赤道直径比南北极直径要大，从而证明了牛顿的理论。

1742年他提出了摄氏温标（记为°C）。最初，他将水的冰点定为100°C；水的沸点定为0 °C，并把冰点和沸点之间等分100度。后来他接受了一位同事的建议，把两个温度点的数值对调了过来。1744年他因肺结核病逝，终年43岁。1960年的国际计量大会把摄氏温标作为国际通用的标准。摄尔修斯的名字也因此不朽。

开氏温标

开氏温标是由苏格兰人开尔文勋爵（Lord Kelvin，又名威廉·汤姆逊William Thomson，1824—1907）于1848年建立。开尔文勋爵的事迹在《焦耳》一文中已经提及，以后还将有专文介绍。开氏温标（记为 K）的0度是个绝对值。0K约等于摄氏温标的零下273.15 °C。物体的温度取决于其内部原子、分子等粒子的动能。粒子平均动能越大，物质温度就越高。粒子平均动能的最低点就是0，不能再低了，所以0K是个绝对零度。由于这个绝对零度，开氏温标又称为绝对温标。

在现实世界中，粒子总会有些动能或势能，绝对零度不可能达到，只能无限逼近。2015年，麻省理工学院的科学家们做出了 K的温度。这个温度比太空要冷1百万倍，但还不是绝对零度。

华氏温标、摄氏温标与开氏温标的换算

麻省理工学院的超级冷冻装置可产生5×0.0000001 K的低温

还要一提的是在开氏温标中，1K原来定义为水的三相（气、液、固）点的1/273.16。

2019年5月20日，国际标准化组织通过决议，温度依据波尔斯曼常数（Boltzmann’s constant）

、重量（千克，kg）、长度（米，m）和时间（秒，s）来定义。湿度是空气中水分含量的标记。在大气中，水分的含量只在0到百分之4之间。但是没了水分就不会有雨雪，不会有彩虹、不会有雷电。

我们都知道湿度与温度之间的关系。摄尔修斯在测量温度时曾经研究过湿度对温度的影响。今天我们知道空气中的水的含量有个最大值，超过了最大值，空气中的水就会凝结下沉，湿度也就不会再增加。这个最大值于与温度有关。例如，在20 °C的时候，每公斤空气最多可以含有0.02公斤水。在40 °C的时候，每公斤空气最多可以含有0.045公斤水。这些最大值就叫做空气的饱和湿度。

空气中水分的饱和度

在日常生活中，我们通常用相对湿度（relative humidity），即空气实际水含量与饱和湿度之比。有时为了方便，我们就把相对湿度就叫做湿度。

人对温度与湿度有个舒适区间。太热、太冷、太湿、太干都不舒服。所以，新式的空调机引入了舒适控制的功能。十多年前，我曾经研究过空调机的舒适控制，控制的变量包括温度、湿度、风速（包括不同的送风模式）、以及使用者的行为（如读书或做家务）。今天这个控制方法已经开始广泛应用。

想了解更多科学知识？这个寒假来广东科学中心！

撰文：杜如虚

排版：慕橙