测量高温的“尺子”

拿起一般的体温表，你就会看到，它的刻度范围通常在35℃～42℃之间。类似，气温表也不能测量50℃以上的“高温”。

科学家的设计是合理的——通常体温和气温分别不超过42℃和50℃。这样做的好处是，在同样长度内，刻度会“精细”些——例如体温表就有0．1℃的刻度，可以更准确读出被测的体温。

但是，在实验室里的普通温度计就不一样了一它们可以测量100℃甚至更高的温度。

上述三类温度计的外壳，都是用玻璃做的。于是，第一个问题凸现出来：一般玻璃的软化点，通常不超过1300℃，而实际能测的温度则比这低得多，那比这高的温度怎么测呢？

上述三类温度计，都是利用物质(通常是酒精或水银)热胀冷缩的原理制成的。于是，第二个问题凸现出来：超过酒精沸点78．5℃的温度，酒精温度计就无法测量；超过水银沸点357℃的温度，水银温度计就无法测量。

这两个问题，一直困扰了科学家许多年。

1821年，德国物理学家托马斯·约翰·塞贝克(1770～1831)，在实验中发现了一个“奇怪”的现象。他把两根不同的金属棒的两端分别焊接起来，组成一个闭合电路。然后把一个接头放在火炉上烧，而另一个接头保持温度不变，发现放在电路旁边的小磁针竟发生了偏转！

这是怎么回事呢？

原来，金属棒的两个接头之间的温度有了差别，闭合电路中就产生了电流。这电流产生的磁场就使小磁针发生了偏转。

塞贝克还发现，两个接头处的温差越大，电流也越大。这种由温度之差产生的电流现象，叫做“热电效应(现象)”或“温差电偶效应”，也叫“塞贝克效应”或“热电第一效应”。

这下有门了。如果能把这个电流的大小测量出来，那不就知道温度的高低了么？

根据这个思路，人们把两种不同性质的金属导线的一端焊接在一块儿，称为热端，没有焊接的另一端，叫做冷端，再联接一个电流表，形成一个闭合回路，就制成了热电(偶)温度计。当然，电流表上刻的是温度——和电流大小是一一对应。测温的时候，只要把热端插入需测量的物体内，并保持冷端的温度不变就可以了。1830年，就出现了这种热电偶。

这个办法，对合金也是适用的，即某种合金可以看成是上面所说的某一种金属。

热电温度计，一般简称热电偶，它可以用不同的材料制成，以适应不同温度段的测量。广泛使用且常见的有三大类：铂铑合金铂热电偶——长时间使用测1300℃以下的高温，短时间(指几小时，下同)使用测1600℃左右的高温；镍铬镍铝合金热电偶——长时间使用测900℃以下的高温，短时间使用测1200℃左右的高温；镍铬一考铜合金热电偶——长时间使用测600℃以下的高温，短时间使用测800℃左右的高温。

此外，钨-钼、碳-钨和碳-碳化硅等特殊热电偶，可长期测量1300～2000℃的高温。钨铼、钨钛热电偶能长期工作在1950～2000℃下。一种铂合金与铂制作的热电偶，更可以测2800℃的高温。

一座大型炼铁高炉，就得用上百支热电偶，测量炉基、炉腰、炉身、炉顶等部位的温度。

热电偶的发明，突破了用热胀冷缩原理测量温度的方法，解决了前面说的第一个问题，在很大程度上解决了前面说的第二个问题，是重要的创新。

测量温度的另一种创新，是发明辐射热测量计。

1835年，德国血统的俄籍物理学家楞次(1804～1865)等发现，金属的电阻随温度的增高而增大。于是，突破用热胀冷缩原理来测量温度，又有了另一种仪器——辐射热测量计。它是A．F．斯文贝尔格在1857年发明的。O．P．兰利在1881年和O．卢默在1890年，都分别做过重大的改进。1860年德国威廉·西门子(1822～1883)发明的遥测式电阻温度计，也是这类温度计。这个威廉·西门子，就是德国著名的西门子公司的主要创始人之一——维尔纳·西门子(1816～1892)的弟弟。

但是前面说的第二个问题还没有完全解决——更高的温度还无法测量。同时，还有更棘手的第三个问题—不能“直接接触”的物体的温度，又怎么测量呢？

这个时候，光学高温计出现了。

物体被加热到一定温度的时候，就会发出可见光，而且发光的颜色随温度变化。比如，把钢铁放到炉子里烧，它的颜色和温度有大致如下的关系：暗红光500℃，深红光600℃，鲜红光1000℃，橙黄光3000℃，黄白光6000℃，白光12000～15000℃，蓝白光25000℃，等等。而且，物体的温度越高，辐射出来的能量越多，光的亮度就越强。光学高温计，就是利用物体在不同温度下发出不同强度和颜色的光的现象，来测定高温物体的温度的。

光学高温计主要由一个望远镜和安装在望远镜内的一个标准白炽灯泡组成，灯泡的亮度用电流大小控制。在测量温度时，把望远镜的物镜对准被测物体，人眼通过目镜观察并调节电流大小，使灯泡发光度跟被测物体的亮度相同。这时，就可以从测温表指针标示的刻度值，量出相应的温度。这样，前面所说的第三个问题就部分解决了，第二个问题也得到进一步解决。

目前，工业上用的光学高温计，可以测量3000℃以上的高温，如配上其他装置，可测量10000℃的高温。

对10000℃以上的高温，一般温度测量法已无能为力。这时，可用原子光谱的谱线和温度间的关系来进行计算。这样，前面所说的第二个问题就基本上彻底解决了。

当然，要彻底解决第三个问题，还会面临许多复杂的情况——例如测量难以直接接触的地核的温度。不过，这也没有难倒科学家——目前最好的方法是利用地震和地震波。南于地震波的速度与波通过铁的速度非常接近，所以测量地震波通过地核所花的时间，就可以大致得知地核的温度。

为了提高测量精度，科学家发明了“红外显微镜”。但这种“显微镜”却有名无实——不是用来“看”物体的微观结构，而是用来“测”微小的点(可小到10～100微米)上的温度的。此外，半导体点温度计也可进行这种测量，但它与这个“点”接触的时候，将会改变“点”的温度而“测不准”；而红外显微镜则没有这个缺点，而且比半导体温度计精确得多——可精确到1℃以下。

一路走来并不断进步的测温方法，印证了日本社会活动家池田大作(1928～)的话：“进步就是从固定变为动摇，并带来新的思考，随后产生创造的过程。”