怎么测温度

气温是什么？怎么测量？~

大气的温度简称为“气温”。我国以摄氏温标“℃”表示。
气象学上把表示空气冷热程度的物理量称为空气温度，简称气温。国际上标准气温度量单位是摄氏度(℃)。
天气预报中所说的气温，指在野外空气流通、不受太阳直射下测得的空气温度(一般在百叶箱内测定)。最高气温是一日内气温的最高值，一般出现在14-15时;最低气温是一日内气温的最低值，一般出现日出前。中国用摄氏温标，以℃表示摄氏度。一般一天观测4次，分别为02、08、14、20四个时次;部分测站根据实际情况，一天观测3次，分别为08、14、20三个时次。
可以用温度计测量。
介绍几种常用的温度计：
1、气体温度计：利用一定质量的气体作为工作物质的温度计。用气体温度计来体现理想气体温标为标准温标。用气体温度计所测得的温度和热力学温度相吻合。气体温度计是在容器里装有氢或氮气（多用氢气或氦气作测温物质，因为氢气和氦气的液化温度很低，接近于绝对零度，故它的测温范围很广），它们的性质可外推到理想气体。这种温度计有两种类型：定容气体温度计和定压气体温度计。定容气体温度计是气体的体积保持不变，压强随温度改变。定压气体温度计是气体的压强保持不变，体积随温度改变。
2、电阻温度计：根据导体电阻随温度而变化的规律来测量温度的温度计。最常用的电阻温度计都采用金属丝绕制成的感温元件，主要有铂电阻温度计和铜电阻温度计，在低温下还有碳、锗和铑铁电阻温度计。精密的铂电阻温度计是目前最精确的温度计，温度覆盖范围约为14～903K，其误差可低到万分之一摄氏度，它是能复现国际实用温标的基准温度计。我国还用一等和二等标准铂电阻温度计来传递温标，用它作标准来检定水银温度计和其他类型的温度计。分为金属电阻温度计和半导体电阻温度计，都是根据电阻值随温度的变化这一特性制成的。金属温度计主要有用铂、金、铜、镍等纯金属的及铑铁、磷青铜合金的；半导体温度计主要用碳、锗等。电阻温度计使用方便可靠，已广泛应用。它的测量范围为-260℃至600℃左右。
3、温差电偶温度计：利用温差电偶来测量温度的温度计。将两种不同金属导体的两端分别连接起来，构成一个闭合回路，一端加热，另一端冷却，则两个接触点之间由于温度不同，将产生电动势，导体中会有电流发生。因为这种温差电动势是两个接触点温度差的函数，所以利用这一特性制成温度计。若在温差电偶的回路里再接入一种或几种不同金属的导线，所接入的导线与接触点的温度都是均匀的，对原电动势并无影响，通过测量温差电动势来求被测的温度，这样就构成了温差电偶温度计。这种温度计测温范围很大。例如，铜和康铜构成的温差电偶的测温范围在200～400℃之间；铁和康铜则被使用在200～1000℃之间；由铂和铂铑合金（铑10%）构成的温差电偶测温可达千摄氏度以上；铱和铱铑（铑50%）可用在2300℃；若用钨和钼（钼25%）则可高达2600℃。
4、高温温度计：是指专门用来测量500℃以上的温度的温度计，有光测温度计、比色温度计和辐射温度计。高温温度计的原理和构造都比较复杂，这里不再讨论。其测量范围为500℃至3000℃以上，不适用于测量低温。
5、指针式温度计：是形如仪表盘的温度计，也称寒暑表，用来测室温，是用金属的热胀冷缩原理制成的。它是以双金属片做为感温元件，用来控制指针。双金属片通常是用铜片和铁片铆在一起，且铜片在左，铁片在右。由于铜的热胀冷缩效果要比铁明显的多，因此当温度升高时，铜片牵拉铁片向右弯曲，指针在双金属片的带动下就向右偏转（指向高温）；反之，温度变低，指针在双金属片的带动下就向左偏转（指向低温）。
6、玻璃管温度计：玻璃管液体温度计是应用最广泛的一种温度计，其结构简单、使用方便、准确度高、价格低廉。按用途分类，可分为工业、标准和实验室用三种。标准玻璃温度计是成套供应的，可以作为检定其他温度计用，准确度可达0.05 ~ 0.1摄氏度；工业用玻璃温度计为了避免使用是被碰碎，在玻璃管外通常由金属保护套管，仅露出标尺部分，供操作人员读数。实验室用的玻璃管温度计的形式和标准的相仿，准确度也较高。
7、压力式温度计：新一代液体压力式温度计以及由此开发的系列化测温仪表，克服了原仪表性能单一，可靠性差以及温包积大的缺点，并将测温元件体积缩小到原来的1/30或1/60，创造性地将传感器热电阻安装于测温元件内，实现了机电一体化的测温功能。形成了以液体压力式温度计为基本测温仪表的远传、防震、防腐、电接点、温度信号变送等多功能系列化温度仪表。分为两个系列，普通型和防爆型。该温度计的原理是基于密闭测温系统内蒸发液体的饱和蒸气压力和温度之间的变化关系，而进行温度测量的。当温包感受到温度变化时，密闭系统内饱和蒸气产生相应的压力，引起弹性元件曲率的变化，使其自由端产生位移，再由齿轮放大机构把位移变为指示值，这种温度计具有温包体积小，反应速度快、灵敏度高、读数直观等特点，几乎集合了玻璃棒温度计、双金属温度计、气体压力温度计的所有优点，它可以制造成防震、防腐型，并且可以实现远传触点信号、热电阻信号、 0-10mA或4-20mA信号。是目前使用范围最广、性能最全面的一种机械式测温仪表。
8、转动式温度计：转动式温度计是由一个卷曲的双金属片制成。双金属片一端固定，另一端连接着指针。两金属片因膨胀程度不同，在不同温度下，造成双金属片卷曲程度不同，指针则随之指在刻度盘上的不同位置，从刻度盘上的读数，便可知其温度。
9、半导体温度计：半导体的电阻变化和金属不同，温度升高时，其电阻反而减少，并且变化幅度较大。因此少量的温度变化也可使电阻产生明显的变化，所制成的温度计有较高的精密度，常被称为感温器。
10、热电偶温度计：两种不同成份的导体（称为热电偶丝材或热电极）两端接合成回路，当接合点的温度不同时，在回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应，而这种电动势称为热电势。热电偶就是利用这种原理进行温度测量的，其中，直接用作测量介质温度的一端叫做工作端（也称为测量端），另一端叫做冷端（也称为补偿端）；冷端与显示仪表或配套仪表连接，显示仪表会指出热电偶所产生的热电势。热电偶实际上是一种能量转换器，它将热能转换为电能，用所产生的热电势测量温度，对于热电偶的热电势，应注意如下几个问题：①热电偶的热电势是热电偶工作端的两端温度函数的差，而不是热电偶冷端与工作端，两端温度差的函数；②热电偶所产生的热电势的大小，当热电偶的材料是均匀时，与热电偶的长度和直径无关，只与热电偶材料的成份和两端的温差有关；③当热电偶的两个热电偶丝材料成份确定后，热电偶热电势的大小，只与热电偶的温度差有关；若热电偶冷端的温度保持一定，这进热电偶的热电势仅是工作端温度的单值函数。
11、光测高温计：它是利用热源辐射的亮度和温度的关系来测量高温的仪器。该仪器主要部分包括：望远镜M管内装一红色玻璃滤色镜F及一个小灯泡L。当光测高温计对着熔铁炉时。从望远镜里看到灯泡的黑色灯丝及后面炉火的强光。灯丝和电源E及可变电阻R串接，调节可变电阻R的阻值使适当的电流通过灯丝。直到灯丝的亮度与炉火的亮度相同时为止。如果事先在安培表A上将已知温度值刻好，则由安培表的读数就可以直接读出温度的数值。测温时，不需将仪器与被测体接触，因此光测高温计，可用来测很多金属的熔点以上的温度。物体温度若高到会发出大量的可见光时，便可利用测量其热辐射的多少以决定其温度，此种温度计即为光测温度计。此温度计主要是由装有红色滤光镜的望远镜及一组带有小灯泡、电流计与可变电阻的电路制成。使用前，先建立灯丝不同亮度所对应温度与电流计上的读数的关系。使用时，将望远镜对正待测物，调整电阻，使灯泡的亮度与待测物相同，这时从电流计便可读出待测物的温度了。
12、液晶温度计：用不同配方制成的液晶，其相变温度不同，当其相变时，其光学性质也会改变，使液晶看起来变了色。如果将不同相变温度的液晶涂在一张纸上，则由液晶颜色的变化，便可知道温度为何。此温度计之优点是读数容易，而缺点则是精确度不足，常用于观赏用鱼缸中，以指示水温。
参考资料
中国仪表网 .中国仪表网 [引用时间2017-12-19]

使用测温仪表对物体的温度进行定量的测量，测量温度时，总是选择一种在一定温度范围内随温度变化的物理量作为温度的标志，根据所依据的物理定律，由该物理量的数值显示被测物体的温度。
目前，温度测量的方法已达数十种之多。根据温度测量所依据的物理定律和所选择作为温度标志的物理量，测量方法可以归纳成下列几类。
膨胀测温法采用几何量(体积、长度)作为温度的标志。最常见的是利用液体的体积变化来指示温度的玻璃液体温度计。还有双金属温度计和定压气体温度计等。
玻璃液体温度计这种温度计由温泡、玻璃毛细管和刻度标尺等组成。从结构上可分三种：棒式温度计的标尺直接刻在厚壁毛细管上：内标式温度计的标尺封在玻璃套管中；外标式温度计的标尺则固定在玻璃毛细管之外。温泡和毛细管中装有某种液体。最常用的液体为汞、酒精和甲苯等。温度变化时毛细管内液面直接指示出温度。
精密温度计几乎都采用汞作测温媒质。玻璃汞温度计的测量范围为－30～600°C；用汞铊合金代替汞,测温下限可延伸到－60°C；某些有机液体的测温下限可低达－150°C。这类温度计的主要缺点是:测温范围较小；玻璃有热滞现象（玻璃膨胀后不易恢复原状）；露出液柱要进行温度修正等。
双金属温度计把两种线膨胀系数不同的金属组合在一起，一端固定，当温度变化时，因两种金属的伸长率不同,另一端产生位移,带动指针偏转以指示温度。工业用双金属温度计由测温杆(包括感温元件和保护管)和表盘（包括指针、刻度盘和玻璃护面）组成。测温范围为-80～600°C。它适用于工业上精度要求不高时的温度测量。
定压气体温度计对一定质量的气体保持其压强不变，采用体积作为温度的标志。它只用于测量热力学温度（见热力学温标），很少用于实际的温度测量。
压力测温法采用压强作为温度的标志。属于这一类的温度计有工业用压力表式温度计、定容式气体温度计和低温下的蒸气压温度计三种。
压力表式温度计其密闭系统由温泡、连接毛细管和压力计弹簧组成，在密闭系统中充有某种媒质。当温泡受热时，其中所增加的压力由毛细管传到压力计弹簧。弹簧的弹性形变使指针偏转以指示温度。温泡中的工作媒质有三种：气体、蒸气和液体。①气体媒质温度计如用氮气作媒质，最高可测到500～550°C；用氢气作媒质，最低可测到-120°C。②蒸气媒质温度计常用某些低沸点的液体如氯乙烷、氯甲烷、乙醚作媒质。温泡的一部分容积中放这种液体，其余部分中充满它们的饱和蒸气。③液体媒质一般用水银。
这类温度计适用于工业上测量精度要求不高的温度测量。
定容气体温度计保持一定质量某种气体的体积不变，用其压强变化来指示温度。这种温度计通常由温泡、连接毛细管、隔离室和精密压力计等组成。它是测量热力学温度的主要手段。1968年国际实用温标的大多数定义固定点的指定值都是根据这种温度计的测定结果来确定的。它在温标的建立和研究中起着重要的作用，而很少用于一般测量。
蒸气压温度计用于低温测量。它是根据化学纯物质的饱和蒸气压与温度有确定关系的原理来测定温度的一种温度计。它由温泡、连接毛细管和精密气压计等组成，工作媒质有氧、氮、氖、氢和氦。充氧的温度计使用范围为54.361～94K,氮为63～84K,氖为24.6～40K,氢为13.81～30K,氦为0.2～5.2K。蒸气压温度计的测温精度高，装置较为复杂，但比气体温度计简单，在测温学实验中常用作标准温度计。
电学测温法采用某些随温度变化的电学量作为温度的标志。属于这一类的温度计主要有热电偶温度计、电阻温度计和半导体热敏电阻温度计。
热电偶温度计是一种在工业上使用极广泛的测温仪器。热电偶由两种不同材料的金属丝组成。两种丝材的一端焊接在一起，形成工作端，置于被测温度处；另一端称为自由端，与测量仪表相连，形成一个封闭回路。当工作端与自由端的温度不同时，回路中就会出现热电动势（见温差电现象）。当自由端温度固定时(如 0°C)，热电偶产生的电动势就由工作端的温度决定。热电偶的种类有数十种之多。有的热电偶能测高达 3000°C的高温，有的热电偶能测量接近绝对零度的低温。
电阻温度计根据导体电阻随温度的变化规律来测量温度。最常用的电阻温度计都采用金属丝绕制成的感温元件。主要有铂电阻温度计和铜电阻温度计。低温下还使用铑铁、碳和锗电阻温度计。
精密铂电阻温度计目前是测量准确度最高的温度计，最高准确度可达万分之一摄氏度。在-273.34～630.74°C范围内，它是复现国际实用温标的基准温度计。中国还广泛使用一等和二等标准铂电阻温度计来传递温标，用它作标准来检定水银温度计和其他类型温度计。
半导体热敏电阻温度计利用半导体器件的电阻随温度变化的规律来测定温度，其灵敏度很高。主要用于低精度测量。
磁学测温法根据顺磁物质的磁化率与温度的关系（见顺磁性）来测量温度。磁温度计主要用于低温范围，在超低温（小于1K）测量中，是一种重要的测温手段。
声学测温法采用声速作为温度标志，根据理想气体中声速的二次方与开尔文温度成正比的原理来测量温度。通常用声干涉仪来测量声速。这种仪表称为声学温度计。主要用于低温下热力学温度的测定。
频率测温法采用频率作为温度标志，根据某些物体的固有频率随温度变化的原理来测量温度。这种温度计叫频率温度计。在各种物理量的测量中，频率(时间)的测量准确度最高（相对误差可小到1×10）,近些年来频率温度计受到人们的重视，发展很快。石英晶体温度计的分辨率可小到万分之一摄氏度或更小，还可以数字化，故得到广泛使用。此外，核磁四极共振温度计也是以频率作为温度标志的温度计。例如氯酸钾中

一、口测法：将消毒后的体温计放在病人的舌头下，病人的嘴巴紧闭，五分钟后读数，正常值为36.3到37.2摄氏度，使用这种方法时应当嘱患者不要用口腔呼吸，这样会影响测量效果。这种方法的结果相对准确，但不能用于婴儿和失去意识的病人。
二、肛测法，让病人采取侧卧位，在肛门温度计的头端涂上润滑剂，然后慢慢地将其插入肛门，直到达到温度计长度的一半。五分钟后，正常值为36.5至37.7摄氏度。肛测法一般较口测法读数高0.3到0.5摄氏度，该方法的测量值相对稳定，主要用于婴儿和无意识者。
三、腋测法：将温度计的头端放在病人腋窝的深处，指示病人用上臂夹住温度计，，十分钟后读数，正常值为36到37摄氏度，使用此方法时，请注意腋窝不应有加热和冷却物品，并擦干腋窝的汗水，以免影响测量效果。该方法简单安全，不易交叉感染。这是临床上最常用的方法。

什么是温度？
维基百科的定义是：温度是表示物体冷热程度的物理量，微观上来讲是物体分子热运动的剧烈程度。
把这句话拆成前半句和后半句分开解释好了。

—————————————————热力学的分割线—————————————————

前半句很好理解，一个东西，用手摸过去，温度高的热，温度低的冷。很直观。但是你可能会进一步问，为什么会感觉冷，为什么会感觉热？
具体的人体对温度的感知，我记得知乎貌似有其它问题，解释的挺好。简单来说，所谓冷的东西，就是会从人体吸收热量的状态；热的东西，则是会将热量传递给人体。

看起来还是很直接很废话是不是，但为了解释这么一句话，其实需要好几个热力学的理论：
1.什么是热量？
2.热量在什么情况下会传导？

先讨论第二个问题。这里就要祭出大名鼎鼎的热力学第二定律：
维基百科 热力学第二定律 开尔文表示（热力学每一条定律都有好多等价的表达，感兴趣的可以去看百科）：不可能把热量从低温物体传递到高温物体而不产生其他影响。

等等，怎么又回到对温度的定义上来了……
热力学第二定律所描述的，是一种热力学上的不可逆过程（即熵增大原理）。我们把这句话换个肯定的表达方式：在没有其他影响的情况下（其它影响的典型例子：空调），热量只能从高温物体传导到低温物体。

问题2解决~虽然现在的逻辑是这样的：
你感觉到物体比你的手热==热量从物体传导到了你手上==物体比你的手热。
╮(╯_╰)╭
遗憾的是，从热力学的角度，热力学第二定律是经验定律，无法解释和证明。
好在我们有统计力学。

对于第二个问题的讨论先放一放。我们来看看第一个问题：什么是热量？
维基百科 Heat （中文的已经不能看了……）：热量是不同于做功或是物质转移之外的，一种能量的转移。
深入的讨论的话，这里又有一堆细节可以说了。
能量是什么？物体对外做功的能力。比如我们说一个人有正能量，就是说他能对外做很多功（大误）。
能量要如何转移呢？这句话说的很清楚。1）做功。我打你一拳，我就给了你一大坨能量；2）物质转移。你吃了一斤肉，除了长胖之外也获得了大量的能量（严格来说，这里不能考虑消化吸收的过程，不过暂时就不讨论这个了）；3）热量。你玩了一个晚上的小米，获得了大量的热量。

需要注意的一点是：热量是能量的【转移】，它是一个过程量，不是一个状态量。什么意思呢？请跟我做下面几个判断正误：
A. 某物质温度高，所以它的能量高。
B. 某物质温度高，所以它的热量高。
C. 某物质温度高，所以它与低温物体接触时，传输的能量高。
D. 某物质温度高，所以它与低温物体接触时，传输的热量高。
在不咬文嚼字的前提下，四句话里面，唯一错误的是B。
不是状态量的意思就是，”一个物体的热量“这种说法是不存在的。这也是日常口语中很容易犯的一个错误。
但是，我们可以说物体得到了多少热量，温度变化了多少。
Q=CvT. 热量=热容x温度变化。
亲爱的小朋友们，你们记住了吗？

—————————————————动力学的分割线—————————————————

接下来说说微观的定义：物体分子热运动的剧烈程度。

热运动是什么？
简而言之，围观尺度上的，无规则的运动。
比如一滴墨水在清水里面的扩散，在不考虑重力的情况下，就是一种热运动的表现形式。而温度越高，扩散的越快，也就是热运动越剧烈（为了理解温度的定义，请把这句话的推导倒过来）；
而溪水的流动，空气的流动（也就是风），则不属于这一类。

为什么会热运动？
因为分子有能量。一般来说，能量就分两种，一种是势能，一种是动能。
势能，诸如重力势能mgh，跟所在的场是有关系的，脱离了场（比如太空中）就可以不予考虑。
（顺便说一句，势能的零点是不好确定的，比如你在遥远的太空的重力势能究竟应该是0呢，还是mgh从0积分到无穷呢。）
动能，1/2mv^2，也都耳熟能详是不是。
好了，接下来是动力学，或者说统计力学入门（凭回忆手打，可能有误）：

我们说，分子都是有动能的。
分子有没有可能没有动能呢？有可能。温度越低，动能越小。这个极限，就在绝对零度。
所以你可以理解为什么有-273.15℃这个数字存在了。实验和理论都给出了这个数字。在这个温度下，分子的热运动停止了，动能为0。绝对零度的完美晶体，熵亦为0.
（要不要解释一下熵……算了关系不大，先留个位子好了。）
分子的动能不可能为负值，也就是说，不可能实现比绝对零度更低的温度了。
而绝对零度本身也是不可能实现的。这就是热力学第三定律的内容了。
（继续留下一个坑。）

接下来一个问题：要如何描述分子的动能？换句话说，微观上的动能，要如何与宏观上的物理量联系起来？
这里，便引入了温度的概念。
很直观的想法，我用温度表示动能，乘以一个系数表示正比关系，不就可以了？
先不考虑和前面热力学部分的衔接问题。假设分子拥有E=1/2mv^2的动能，不妨就认为……

我知道手打的你们看不清……这是维基百科上面的公式。
k就是大名鼎鼎的玻尔兹曼常数。（记错了不要怪我）

关于这个公式的两点说明，不想深究的可以不看：
1.有人可能看到了v的下标，这里就有一个自由度的问题：一个分子，我的平动动能很好理解，就是一般我们理解的1/2mv^2。问题是，考不考虑转动呢？转动也是有能量的啊？乃至还有其它的运动形式？
这个问题的解决就是引入自由度的概念。三维空间的速度，可以分解为x,y,z三个方向上的向量，也就是三个方向上的动能。这每一个方向，便是一个自由度。再考虑旋转呢？复杂分子还有可能有很多个轴呢？没关系，每一个当成一个自由度就好了，每一个都是一个1/2kT。最后加一起，就是总的动能。反正你也只关心温度是不是。
还有一点，低温情况下，有的自由度可能不纳入计算。你可以理解为……温度太低冻的动不了。这个结果就是低温情况下用3/2kT,温度高了可能就是5/2,7/2，等等了。
2.这个公式可以推导出更加大名鼎鼎的pV=nRT。理想气体常数R正是玻尔兹曼常数k乘以一个阿伏伽德罗常数N。（微观到宏观）

———————————————热力学与动力学统一的分割线———————————————

现在的问题是，说了一堆围观的动力学，也定义了温度的概念，然而这些分子的热运动，和我们日常见到的冷热究竟是如何联系起来的？
前面的讨论已经说过了，分子的温度和热运动的动能有个很简单的正比关系。那么很自然的，把热力学第二定律用在这里，我们能得出结论：动能大的分子和动能小的分子相遇时，会发生动能的转移，也就是宏观上观测到的热量，从而导致了温度的变化。围观层面上，这一点也很好理解：

能量高的分子与能量低的分子相遇，在无数次弹性碰撞中，发生了能量的交换，最终实现了能量的平均分布，也就是相同的温度。（应该是有具体的计算证明的，不过找了许久没找到，以后发现了再加上。）

————————————————人体对温度感知的分割线————————————————

记得知乎上有过这个问题：如果说温度的实质是分子的不规则运动，那么我们的皮肤是如何感知温度的？ - 生活
为了方便我就顺便总结一下好了：

1.人体皮肤下面有三种温度感受器：冷感受器、温热感受器和痛感受器——分别感受冷热和极端温度，并将其传输给大脑；
2.这些感受器由神经细胞组成，修饰以专门用途的蛋白质；
3.这些蛋白质包含有特定的离子通道。在特定温度下，离子通道会被打开，使得离子得以通过。这些通过的离子便通过其特定的化学反应或是电势来传输温度的信息；

到这一步就已经是微观的尺度了。为什么温度能改变蛋白质的形态？（感觉是废话……但还是写一点好了）
形态的变化，本质上不是因为温度，而是因为温度差带来的热传导，从而导致能量上的变化。能量不仅仅被用作热运动，还可以用来发生其它的反应，诸如晶体的融化，诸如蛋白质的变形。

怎么测温度 ？应该在孩子早上上学的时候给她测一下，看看它的温度是否正常，在等他中午放学的时候再给孩子测一下，这样一天到晚可以都测一下，就知道孩子一天的温度是否正常

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