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使用摄氏两个定点校准温度计
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Penny

创建者

Penny

29. 四月 2026DK
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使用摄氏两个定点校准温度计

1742年,安德斯·摄尔修斯——乌普萨拉大学的瑞典天文学家——向瑞典皇家科学院提交了一篇论文,提出了基于两个可重现参考点的温度标度:水的冰点和沸点。他的关键洞察是,这些相变在标准大气压(760 mmHg / 101.325 kPa)下发生在固定的、普遍的温度上,使其成为理想的校准锚点。

摄氏的原始标度与我们今天使用的相反:他将沸点定为0°,冰点定为100°。在他去世(1744年)后标度被反转,可能由卡尔·林奈或仪器制造商丹尼尔·埃克斯特伦完成。

该程序需要仔细的技术——水银必须在每个参考点完全达到平衡。摄氏记录到27 mmHg的压力变化使沸点偏移约1°C。

中级
90-120 minutes

说明

1

收集毛细玻璃管和水银储液器

选择一根约30厘米长的窄孔(毛细管)玻璃管,一端封闭,封闭端吹制一个小球形储液器。水银在此范围内随温度线性膨胀,使其非常适合等分刻度。摄氏使用水银而非酒精,因为水银不会润湿玻璃,且在0°C到100°C之间具有几乎线性的膨胀系数。

此步骤所需材料:

MercuryMercury5 毫升

所需工具:

Capillary Glass TubeCapillary Glass Tube
2

通过加热和倒置将水银充入球泡

轻轻加热玻璃球泡使封闭的空气膨胀,然后将开口端倒入水银盘中。随着球泡冷却,大气压将水银压入管内。反复操作直到球泡和部分管被无气泡的连续水银柱充满。

所需工具:

Alcohol BurnerAlcohol Burner
3

封闭管的开口端

充满后,用火焰熔化玻璃封闭毛细管的开口端。水银柱现在被封闭在密闭系统中。

所需工具:

Alcohol BurnerAlcohol Burner
4

准备冰水平衡浴

在硼硅酸盐玻璃烧杯中装满碎冰,并加入足够的蒸馏水填充冰块之间的间隙。轻轻搅拌。这在恰好0°C处创建稳定的平衡。

此步骤所需材料:

Distilled WaterDistilled Water500 毫升
Crushed IceCrushed Ice1 公斤

所需工具:

Borosilicate Glass BeakerBorosilicate Glass Beaker
5

将温度计浸入冰浴

将水银球泡完全浸入冰水混合物中。保持稳定至少5分钟,使水银完全达到平衡。

6

在管上标记冰点水平

水银完全平衡时,使用金刚石尖划线器或细头永久性记号笔在玻璃管上水银柱顶部的精确位置刻划一条参考线。

所需工具:

Diamond ScriberDiamond Scriber
7

读取气压计确认标准大气压

在确定沸点之前,检查水银气压计。标准大气压为760 mmHg(101.325 kPa)。

所需工具:

Mercury BarometerMercury Barometer
8

用佛罗伦萨烧瓶搭建沸腾装置

将佛罗伦萨烧瓶装半瓶蒸馏水,放在酒精灯上方的铁圈架上。安装夹子固定温度计管,使水银球泡位于水面正上方的蒸汽空间中。

此步骤所需材料:

Distilled WaterDistilled Water300 毫升

所需工具:

Florence FlaskFlorence Flask
Alcohol BurnerAlcohol Burner
Utility ClampUtility Clamp
9

将水加热至稳定剧烈沸腾

点燃酒精灯,将水加热至持续、剧烈的沸腾。等待沸腾稳定。

10

让水银在蒸汽中达到平衡

温度计置于蒸汽柱中,等待3-5分钟直到水银停止上升并稳定。

11

在管上标记沸点水平

在水银柱顶部刻划或标记第二条参考线。

所需工具:

Diamond ScriberDiamond Scriber
12

测量两个标记之间的距离

使用精密尺或分规,以毫米为单位测量冰点标记和沸点标记之间的精确距离。此距离代表基本间隔——100度温度变化。

所需工具:

Steel RulerSteel Ruler
13

将间隔等分为100格

将总间隔除以100计算每度的长度。使用设定此间距的分规,沿管从冰点到沸点标记每一度。

所需工具:

Steel RulerSteel Ruler
Diamond ScriberDiamond Scriber
14

将刻度延伸到0°C以下和100°C以上

在冰点标记以下和沸点标记以上继续相同的等间距,直到管允许的范围。

15

验证精度:重新浸入冰浴

将完成的温度计放回冰水浴中,确认水银与0°C标记精确对齐。

16

验证精度:重新浸入蒸汽

将温度计放回沸水上方的蒸汽柱中。确认水银与100°C标记对齐。摄氏的方法在仔细操作下可达到约±0.1°C的精度。

17

将管安装在背板刻度上

用金属丝绑扎或胶泥将刻度管固定在木质、黄铜或象牙背板条上。在背板上刻制或印刷数字刻度。

18

理解摄氏原始标度为何是反转的

摄氏将沸腾定为0°,冰冻定为100°——与现代惯例相反。其原因有争议:一种理论认为他想避免瑞典冬季温度中的负数(乌普萨拉经常达到−20至−30°C)。1744年摄氏去世后,标度被反转为现代形式。1948年,第九届国际计量大会正式将"百分度"更名为"摄氏度"。

材料

3

所需工具

8

CC0 公共领域

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