為什麼水銀溫度計精度比酒精、煤油溫度計高？

01-13

水銀受熱膨脹慢，所以相同橫截面積的溫度計，它單位溫度對應的長度短，這樣相對而言不就難以讀數了嗎？為什麼說它的精度更高呢？或者這個說法是錯誤的？

水銀和酒精溫度計各有優缺點，筆者願藉此機會，將兩種溫度計做個完整詳細的比較。酒精溫度計由於安全性，在許多場合正逐步取代水銀溫度計，並未見其推廣受到精度的影響。不過，酒精相比水銀，也的確存在制約其精度的本質因素。另外有趣的是，純水作為一種更加常見的液體，卻不被用於溫度計中，這也是有原因的，在此一併做說明。

我們先來羅列一組數據。(手機上維基百科搜的，回頭再更新更精確的數據)

酒精

熔點：-114.14 °C

沸點：78.24 °C

飽和蒸氣壓：5.95 kPa (at 20 °C)

導熱率：0.171 W/(m·K)

熱膨脹：大

其他：無色，浸潤，無毒，廉價

水銀

熔點：-38.83 °C

沸點：356.73 °C

飽和蒸氣壓：&<1 Pa

導熱率：8.30 W/(m·K)

熱膨脹：小，近似線性

其他：金屬色，非浸潤，有毒，高價

水

熔點：0 °C

沸點：99.98 °C

飽和蒸氣壓：3.17 kPa

導熱率：0.61 W/m·K

熱膨脹：小，非線性

其他：無色，浸潤，無毒，廉價

關於溫度計，有以下優劣考量(排名不分先後)：

1，測量低溫：熔點。酒精勝出，能測量更低的溫度。純水毫無優勢。

2，測量高溫：沸點。水銀勝出，能測量更高的溫度。純水次之。

3，速度：熱傳導率。水銀金屬遠遠勝出，測量速度快。純水次之。

4，熱膨脹：酒精更敏感(熱膨脹率高)，水銀線性較好更穩定(酒精好像也是，待查)，均有優勢。水銀熱膨脹率不高可以用更細的管子彌補，因此不會影響到精度。純水非線性較大，熱膨脹在溫度範圍內很不均勻，毫無優勢。

5，水銀具有非浸潤及不易揮發(飽和蒸氣壓低)兩種優勢。此二者乃酒精劣勢，也是最容易制約其精度的地方！純水亦劣勢。

6，安全。酒精勝於水銀。純水也安全。

7，價格。酒精雖不及純水，卻也廉價。水銀劣勢。

8，易讀數。水銀帶有金屬光澤，酒精溫度計會添加染色劑，故無差別。

綜上可見，酒精溫度計與水銀溫度計各有所長，按需取用。而純水幾乎無任何優勢，因此不被用於溫度計。

首先，你的前提就是錯的，溫度計讀數的最重要的一點就是要等讀數穩定（對精度有要求的更應該如此）

第二，毛細管的橫截面直徑也不是你想一樣就一樣的，水銀可以用更細的毛細管為啥要費力不討好用粗的？

第三是回答你的問題的，相同體積的水銀和酒精，在相同直徑的毛細管里跑，相同的溫差，酒精跑的更高。。。

至於水銀為什麼可以使用更細的毛細管，這應該涉及到表面張力，毛細作用和浸潤現象，水銀是不浸潤玻璃的，所以可以在更細的毛細管工作，而酒精之類的會往上爬，越細爬的越高，精度就越差了（不是材料相關專業的，只能講到這個程度了。）

經評論區指正，看來要大面積修改一下答案了。這個問題還真不是一拍腦袋就出答案的

體膨脹係數（1/℃）

水 0.000208

酒精 0.00109
煤油 0.00100
汞 0.000182

事實上，體膨脹係數才是真正決定溫度計刻度間距的理化性質，汞的體膨脹係數比酒精和煤油要小很多，因此如果只考慮這點的話，確實精度會相對低，但這個時候結合溫度計的使用環境來看，兩個問題的出現使得汞作為工質又變得更加合適：

我們測個體溫，不需要那麼精確的讀數。精確到0.1℃，完全足以了，這時候汞的刻度線間距完全夠用；利用酒精和煤油的話，可能確實能再估讀到小數點後第二位——但是有必要麼?
@白雲龍答案中提到的，體膨脹係數過高，導致刻度間距增大——你總不能把一根半米長的溫度計夾在腋下吧？

密度（ $g·cm^{3}$ )

水 1
酒精 0.789
煤油 0.8
汞 13.59

汞的密度很大，一說因其密度大，在收縮時受重力作用不易脫節。

另 @令狐麻雀的答案提到了表面張力，汞因其表面張力不能潤濕玻璃表面，這樣玻璃壁對汞的阻力會降低很多。

關於物理性質對精度的影響，我不甚了解，也不多說。

但就我接觸過的液體溫度計來看，主要是兩個問題：

製造精度、成本和產品要求。
量程、最小分度值和長度。

先看第一條：產品，為了追求收益，自然會在最基本要求下，追求最低的製造精度和成本……

體溫計和室溫計（寒暑表）要求是截然不同的：

體溫計要求精度至少是0.1℃，36℃和37℃的區別太大了，而且就體溫計的設計，煤油、酒精是不適用的。所以只能用又貴又危險的汞，製造精度還得大。

室溫計要求精度不高，22.1℃和22.2℃人體根本察覺不出來，汞又貴又危險，遠不如煤油和酒精。

這點也可以從價格看出來——水銀體溫計，價格大概是10-20元，而寒暑表的價格最便宜的可能只要一兩塊……

再看第二條：體溫計的量程比較小，基本就是35-42℃，所以可以把水銀柱做得更細，把0.1℃的分度值的寬度設置在人眼可以比較輕易區分的1mm左右。而又不至於使溫度計過長。

相反，如果是煤油或者酒精溫度計，它們的量程範圍都在100℃以上，如果把0.1℃的分度值的寬度設置1mm左右，那麼它的長度會輕易超過一米……

如果不想讓它太長，要麼減小分度值寬度，但那會讓讀數困難；要麼縮小量程，但這不符合使用要求；要麼增大分度值，但這會降低精度……

還有個不能忽視的因素是表面張力。表面張力小的液體會容易浸潤玻璃管壁造成讀數不精確由於酒精密度低也不容易通過甩一甩的方式消除液柱空泡。

相比原問題，「高精度溫度計為何選用水銀做工質，而非水或酒精」這個問題更有價值，畢竟有一種思路是用量程換精度。原問題中的精度沒有指明是相對精度（滿量程的百分之幾）還是絕對精度（攝氏度），所以會有歧義。

我猜原因可能是溫度對錶面張力係數的影響是非線性的，而這種非線性誤差無法在刻度均勻的溫度計上得到校正。水銀的表面張力係數受溫度影響不大，這種非線性誤差小。

另外，考慮單位溫度體積的變化量其實沒啥意義，畢竟溫度計中大部分工質都在一個囊中，囊的體積遠比毛細管大。

我就是隨便說說，談誤差不談定量就是耍流氓。

正是因為膨脹慢所以才准，溫度計是每時每刻都在測量周圍溫度，膨脹快的當你從身體上取下來讀數這個過程溫度計的液體就掉下去了。然後肯定就不準了