你測到的溫度不是溫度

這是一篇談測量觀念的文章，也是我覺得可能可以在高中或大學科學教育階段跟學生好好聊一下的東西。我小時候不太用功，這些東西沒學懂。長大當老師之後，因為開始作大量的國中實驗，慢慢遇到問題，自己想或者請教很多前輩才慢慢建立一點概念。這樣的歷程並不奇怪，本來當科學老師就應該要持續進步進修，慢慢完備自己的能力。不可能所有的東西都要別人教才會，自學還是很重要的。

以上是題外話...

事情是這樣的，有一次用把一塊黃銅丟到沸騰的水裡面，過一段時間後拿出來，想說可以用Seek Thermal熱顯像儀測量表面溫度，然後測量溫度下降的曲線。一測之下，發現剛從沸水取出來的金屬塊居然溫度才六七十度。

一開始想說，這溫度也下降太快了吧。用手一摸，差點燙到。拿K-type熱電偶貼上去一測，結果明明就是高達九十多度的金屬塊。結果在熱顯像儀上面，顯示的溫度低了很多。

這件事情經過很久之後的最近，我才意識到，我們用所有溫度計測到的，其實都不是溫度。

一般煤油或水銀溫度計，測量到的是其實是體積；熱敏電阻測量到的是電阻；熱電偶測到的是利用金屬在不同溫度下，會產生的電動勢；熱顯像儀應該和紅外線溫度計一樣，是抓取紅外線強度吧。

沒有一個儀器，是真正測量「溫度」的。而是當溫度會影響體積、電動勢或紅外線放射的強度時（如果是線性的影響那更好），我們就可以藉由讀取體積、電動勢或紅外線強度來知道溫度。體積可以直接讀取，電動勢和紅外線強度，還得要經過一些轉換，才會真正變成我們讀取的訊號。

如果是線性的關係，例如溫度(y)是體積(x)的函數，而且關係是線性的話。抓個兩個溫度（例如攝氏0度和100度)的體積，作個標示。然後中間等分100分，畫上刻度就變成了用體積改變來測量溫度的溫度計。其他的原理也大致如此。

那麼，中間的轉換如果出問題的時候，讀到的東西就會有問題了。例如是不是每一種物質，紅外線放射的強度，和溫度的相關系是不是都一樣呢？這件事情應該跟「發射率」有關

根據維基百科

發射率是衡量物體表面以熱輻射的形式釋放能量相對強弱的能力。物體的發射率等於物體在一定溫度下發射的能量與同一溫度下黑體輻射能量之比。黑體的發射率等於1，其他物體的發射率介於0和1之間。發射率是個純量。 

通常來說，材料顏色越暗表面越粗糙，其發射率就越接近1。材料的反射率越高，其發射率就越低，高度拋光的銀的發射率只有大約0.02^[1]。

根據這個說法，我的黃銅塊表面看起來有點拋光的話，發射率就會下降，導致測量到的溫度變低。要證明這個說法，可以用砂紙把黃銅表面磨粗一點，應該可以在相同溫度下用熱顯像儀或紅外線溫度計測量到比較高的溫度。

一般來說，我們都會直接相信儀器。除非要處理嚴謹的科學研究，否則不太可能懷疑每一個儀器。直接拿儀器測量到數值，就直接拿來用了。所以大概也少會思考每個儀器內部的原理和信息轉換過程可能的問題。

直到有一天我被金屬塊燙到，然後再過兩三年，才意識到這些事情。