【文╱林志鴻】
●高溫 不會產生熱能 溫差 才會產生熱能
溫度是物體的冷熱程度；熱量是一種能量。這兩種有何不同？
如果我們把物體從高處自由落下，物體自然會向下掉，愈掉愈快，動能愈來愈大，到達地面後，會把地面砸個大洞。溫度類比為物體位置的高低，動能也類比為熱量；所以溫度高不會產生熱能，溫度有差異才會產生熱能，熱會由高溫傳到低溫，就像物體會從高處自由落到低處一樣。
國中生容易產生混淆的觀念，其實也困擾著當時的科學家，甚至還以為熱是一種物質，且是會流動的物質，稱為熱質。部分科學家還想把熱質提煉出來，放在試管裡以示大眾，但沒人成功過。後來才由焦耳證明出，熱是一種能量，而非物質。
溫度的觀念很重要，尤其在全球暖化的環境裡，全球平均溫度上升1℃算不算嚴重？會對我們產生什麼樣的影響？我們如何降低碳排放來使全球降溫？這些都是迫不及待的環保議題。
●最早溫度計 伽利略做的 桑克托留斯 發明體溫計
五官裡主責溫度的是皮膚，和溫度有關的性質都可歸類於物理性質，像是物質的熔點、沸點、燃點等。但以人類自己的皮膚去測量溫度有兩個缺點，首先是不夠客觀，其次是測溫範圍太狹隘，所以我們要用儀器來幫助測量溫度。
最早設計溫度計的科學家是伽利略，他用一根細長的玻璃管，一端是開口，另一端是一顆雞蛋大小的玻璃泡。使用時，先用手把玻璃泡捂熱，然後讓玻璃泡這一端在上，開口端向下，把玻璃管豎直插入水中，這便形成了一個簡單的氣體溫度計。
當外界氣溫上升或下降時，玻璃管中水柱就會下降或上升。和現代溫度計的使用方法剛好相反，氣溫高時水柱液面往下降，氣溫低時水柱液面反而升上來。如果在玻璃管上標識刻度，便可以指示溫度。儘管不清楚伽利略當時是如何標記溫度的，但他在一本書中明確提到了度數。不過由於這種溫度計會受到氣泡內空氣溫度以及外界氣壓大小的影響，誤差比較大。
受伽利略的啟發，他的朋友、義大利帕多瓦大學的醫學教授桑克托留斯（Sanctorio Sanctorius）在1612年發明了一種蛇形的氣體溫度計，上端的玻璃泡可以放入病人口中，從下方水柱查看病人體溫的變化。這是世界上最早的體溫計，但沒有標準刻度，誤差太大，並不普及。
直到1653年，伽利略死後，由他的學生梅第奇兄弟以密封玻璃球來測量溫度。玻璃管內是透明的液態碳氫化合物。彩色的密封球下面連接金屬牌子，標示著溫度，最上面的彩球溫度最高，第二顆彩球下降兩度……，依此類推。只要觀測彩球的沉浮情形，就能判讀當時的氣溫。花花綠綠的液體溫度計，很好看但並不實用。
●羅默與華倫海特 打造水銀溫度計
當時並沒有制定客觀的溫標，直到1701年丹麥天文學家羅默（Ole Rømer）才訂出溫標：鹽水結冰的溫度設為0度，水的冰點設為7.5度、沸點設為60度。後來羅莫在阿姆斯特丹遇到了玻璃製造高手華倫海特，兩人合作在1714年製造出世界上第一支水銀溫度計。
製作溫度計的過程中，華倫海特必須尋找一種對溫度進行精確標記的方法，於是他採用了3種在當時技術條件下十分重要的溫度，作為標記刻度的依據。
首先，他將水、冰和氯化銨混合，達到了當時所能記錄到的最低溫度，將其定為0度。然後他又將水的冰點定為32度，最後將人的體溫定為96度。華氏溫標在1724年通過英國皇家學會的認可，成為世界上第一個統一的溫標。
●攝耳修斯 提攝氏溫標 詳細校準 成國際通用
瑞典天文學家安德斯‧攝耳修斯（Anders Celsius），於1742年在一篇給瑞典皇家科學院的論文中提出了攝氏溫標。原本他的溫度計是以水的沸點為0度，而冰點為100度。後來，這個溫標於1745年由卡爾‧馮‧林奈（Carl Linnaeus）將其顛倒過來，並一直沿用至今。
安德斯‧攝耳修斯在科學領域中以實驗認真及仔細聞名，首先定義出國際溫標。在他以瑞典語發表的論文《溫度計上兩個持續度數的觀測》中，他報告了檢查水的冰點是否跟緯度（或大氣壓力）無關的實驗。他確定了水的沸點跟大氣壓力的關係（跟現代數據非常吻合）。他還給出一條若氣壓跟某標準氣壓不同時度量沸點用的定律。
經過詳細的計算與校準，攝氏溫標在1748年的國際度量衡大會正式通過，成為國際公制溫標。
●電子溫度計 感溫快 價格貴太多 普及慢
821年塞貝克（Thomas Johann Seebeck）發現將兩種不同金屬各自的兩端分別連接（形成熱電偶），並放在不同的溫度下，就產生電位差而形成電流，利用電壓與溫度的關係就可以測量出溫度，開啟了電子式溫度計的歷史。
電子式溫度計的感溫速度快，測溫範圍大，但要到百年之後才開始商業化，原因是價格比水銀溫度計貴很多。根據《紐約時報》在1986年的一則廣告，一支電子式溫度計要價25美元，而普通的玻璃溫度計只要1美元。目前料理使用的探針式溫度計，也是熱電偶式的溫度計。
在我小時候測量體溫的溫度計大多是水銀溫度計，使用前要先甩一甩，把細管內的水銀甩到底部的液囊裡。我曾經一不小心失手把整枝溫度計甩到磨石子地板上，灑了一地水銀。小時候沒見過水銀，只看到整地的小鋼珠，卻撿拾不起來。最後是用白紙當作畚箕，把液態水銀的小鋼珠趕到紙張上，收集到玻璃瓶裡。液態水銀沒有毒，但汞（俗稱水銀）蒸氣就有毒，要避免吸入體內。傳統的日光燈管裡也有汞蒸氣，廢棄不用的日光燈管一定要妥善回收處理。
目前國中的初等實驗室不再使用汞，早期示範大氣壓力實驗的水銀槽也不再使用，所有含汞的實驗設備都已回收，避免國中生發生汞中毒的情況。
●運用紅外線熱輻射 耳溫槍90年代商業化
常見的耳溫槍是由貝塞斯達（Theodor Benzinger）在1964年將紅外線熱輻射技術運用在溫度計上，以非接觸性的方式來測量溫度，其原理是將被測物體輻射出的紅外線，用透鏡聚集於檢測器上，經過計算紅外線的強度與波長，顯示為溫度讀數。測量範圍一般在400℃以內，最高可達3000℃，測量誤差在1~3%之間。耳溫槍到了1990年代才開始商業化，疫情期間，更被廣泛使用在測量民眾的體溫。
●人造衛星當溫度計 測量城市熱島效應
太陽表面溫度可達5500℃，人類目前所能製造出最耐高溫的材料在這種溫度下也會熔化，且太陽距離地球很遙遠，我們不可能直接用工具測量出太陽的溫度。不過，通過分析太陽的光譜可以知道太陽表面的溫度，類似的熱輻射技術可以用來測量各種恆星表面的溫度。
英國甚至有一家公司Stallite Vu計畫發射一顆人造衛星溫度計，藉此來測量城市的熱島效應及建築物、工廠、住宅、辦公大樓的溫度，找出浪費能源的地方加以改善，讓節能減碳的工作更具效益。好大的一根溫度計呀！
從測量溫度的演進，可以看出科學的進步，利用愈來愈巧妙、迅速、精準的方法來測量溫度，我想，要解決全球暖化的問題，第一步要先為地球量一下溫度，確認發燒的程度，接下來才能對症下藥。
【2023-02-27/聯合報/R07版/好讀周報動腦力】
