經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)選擇測溫物質(zhì)的某種物理性質(zhì)隨溫度變化的經(jīng)驗(yàn)公式來對(duì)溫度計(jì)的溫度進(jìn)行分度標(biāo)記。

在討論熱平衡這個(gè)概念時(shí)，我們已經(jīng)給出了溫度的一個(gè)嚴(yán)格的定義：處于熱平衡的系統(tǒng)有一個(gè)被稱為 “溫度” 的宏觀性質(zhì)，所有互為熱平衡的系統(tǒng)有相同的溫度。然而，這個(gè)定義只是定性地說明了溫度這個(gè)概念的特征，并不完整。為了給溫度下一個(gè)完整的定義，還必須給出定量表示溫度的方法。溫度的定量表示法被稱為溫標(biāo) (temperature scale)。

最簡單和最直接的溫標(biāo)是經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)，水銀溫度計(jì)和酒精溫度計(jì)是體現(xiàn)這種溫標(biāo)的兩個(gè)常見的例子。這兩種溫度計(jì)利用測溫物質(zhì)熱脹冷縮的特征作為測溫屬性，在測溫物質(zhì)所允許的溫度范圍內(nèi)，選擇若干個(gè)確定的溫度做基準(zhǔn)溫度，并假定測溫物質(zhì)的測溫屬性 (在這里是體積) 隨溫度按線性關(guān)系變化，這樣就建立起了一個(gè)經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)。比如說，我們現(xiàn)在常用的攝氏溫標(biāo)就是以液體的體積作為測溫屬性，規(guī)定當(dāng)純水在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰與水達(dá)到熱平衡狀態(tài) (較為通俗的說法是水的冰點(diǎn)) 時(shí)的溫度為 0 攝氏度，簡記為 0℃，而純水在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水與水蒸汽達(dá)到熱平衡狀態(tài) (簡稱為水的沸點(diǎn)) 時(shí)的溫度為 100℃，并假定測溫物質(zhì)的體積在這兩個(gè)溫度之間隨溫度按線性關(guān)系變化，將溫度計(jì)的刻度按照等分原則劃分。攝氏溫標(biāo)的表示方法是在溫度數(shù)值的后面加上符號(hào) ℃。

攝氏溫標(biāo)是在日常工作和生活中最經(jīng)常被使用的溫標(biāo)，由瑞典天文學(xué)家攝爾修斯 (A. Celsius) 于 1742 年建立。除此之外，在英美國家的工程界和日常生活中還經(jīng)常使用華氏溫標(biāo)，由華倫海特 (G. D. Fahrenheit) 于 1714 年建立。華氏溫標(biāo)的表示方法是在溫度數(shù)值的后面加上符號(hào) ℉。華氏溫標(biāo)有 4 個(gè)基準(zhǔn)溫度：鹽水混合物的冰點(diǎn)為 0℉，人體的正常體溫為 96℉，純水的冰點(diǎn)為 32℉，沸點(diǎn)為 212℉。

不僅物質(zhì)的體積會(huì)隨著溫度的變化而改變，許多其他的物理性質(zhì)也會(huì)隨溫度發(fā)生改變。比如說，在體積不變的條件下，氣體的壓強(qiáng)會(huì)隨溫度的上升而升高，溫度降低時(shí)壓強(qiáng)也會(huì)隨之下降；金屬材料的電阻也有類似的性質(zhì)，隨溫度的升降而增大或減小……。因此，壓強(qiáng)和電阻等物理性質(zhì)也都可以作為建立經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)時(shí)的測溫屬性。

從攝氏溫標(biāo)的建立過程可以看到，對(duì)溫度計(jì)的溫度進(jìn)行分度標(biāo)記是選擇測溫物質(zhì)的某種物理性質(zhì)隨溫度變化的經(jīng)驗(yàn)公式來進(jìn)行的，因此，按照這種方式建立的溫標(biāo)常常被稱為經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)。

在建立經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)的過程中有一個(gè)重要的假設(shè)：測溫物質(zhì)的各種測溫屬性隨溫度按照線性關(guān)系變化。然而，這個(gè)假設(shè)并不符合實(shí)際情況。

在通常的情況下，任何測溫物質(zhì)的各種測溫屬性隨溫度的變化都會(huì)或多或少地對(duì)線性關(guān)系有微小的偏離。下圖顯示了幾種攝氏溫度計(jì)的這種偏離，橫坐標(biāo)顯示的數(shù)值是用以氫氣為測溫物質(zhì)制作的攝氏溫度計(jì)在 0℃ 到 100℃ 范圍內(nèi)測量的結(jié)果，用 t 標(biāo)記，縱坐標(biāo)顯示的數(shù)值是用幾種以其他材料為測溫物質(zhì)制作的攝氏溫度計(jì)在同一溫度范圍內(nèi)測量的結(jié)果 t' 與氫溫度計(jì)的測量結(jié)果 t 的偏差 Δt=t'-t。

實(shí)際的測量操作程序很簡單：將氫溫度計(jì)與作為比較的溫度計(jì)一起接觸待測溫度的物體，當(dāng)兩個(gè)溫度計(jì)都各自達(dá)到確定的溫度值并不再發(fā)生改變時(shí)，把氫溫度計(jì)顯示的溫度值 t 標(biāo)記在橫坐標(biāo)上，把作為比較的溫度計(jì)與氫溫度計(jì)的差值 Δt 標(biāo)記在縱坐標(biāo)上。在冰點(diǎn)與沸點(diǎn)之間測出若干對(duì)這樣的數(shù)值 (t,Δt)，就得到了圖中的一條關(guān)系曲線。

從圖中的曲線可以看到，二氧化碳?xì)怏w溫度計(jì)的偏差比較小，而金屬電阻溫度計(jì)和熱電偶溫度計(jì)的偏差則比較大。不僅如此，從大量實(shí)驗(yàn)給出的情況看，各種氣體溫度計(jì)之間的偏差都比較小，而其他溫度計(jì)之間的偏差都比較大。由這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果不難推斷，氣體的測溫屬性隨溫度的變化應(yīng)該更加接近線性關(guān)系。

由此看來，如果把測溫屬性與溫度之間的關(guān)系按照線性關(guān)系的原則來分度，那么，對(duì)同一待測溫度的物體進(jìn)行測溫時(shí)，用不同材料和不同測溫屬性制作的各種溫度計(jì)將給出不同的結(jié)果。