如何测量一亿度的高温一亿度高温怎么测量( 二 )

最简单的就是上文提到过的液体温度计，利用的是温度引起的热胀冷缩效应；疫情防控常用的测温枪和测温摄像头，利用的是不同温度的物体会发出不同的红外线的原理。
一种测温枪图片来源：https://www.pce-instruments.com
电子设备或家用电器上常用的测温元件，因为涉及到和电路相互作用，所以主要选用热电偶和热敏电阻两种。
热电偶（thermocouple）顾名思义，一般由两根不同的平行金属丝组成，它们的一端可以称为“受热端”，而另一端可以称为“冷端” 。
受热端受热时，其内部有些电子会获得足够的能量而跑到冷端；不同的金属，其电子受热逃脱的程度不同，因此在它们的冷端，电子的分布是有差异的，因此测量这两个冷端之间的电压，即可知道它们受热端所处的温度了。
热电偶的原理图片来源：http://yunrun.com.cn/
而热敏电阻（thermistor）则是一种特殊的电阻，其电阻值会受到温度高低的影响。因此只要测量电阻阻值的大小，就可以间接知道其温度的高低了。
热敏电阻图片来源：https://www.electrokit.com/
所有这些测温工具，并不是直接测量温度的本质——微粒运动的快慢，而是都依赖温度的某个其他效应，也就是需要其他物质做媒介。
可是当人造太阳中等离子体的温度达到1亿度时，没有任何物质能够存在其旁边，所以这些间接的方法也就都失效了。要想测量这么高的温度，是时候回归温度的本质了。
电子测速：多管齐下
既然温度的本质是物质中微粒运动速度的快慢，要想在在1亿度高温下，进行温度测量，那就只能测量微粒运动的速度了。
在人造太阳中，待测温的工作物体是等离子体（plasma），构成等离子体的微粒是电子和离子 。围绕着这两种微粒，科学家发明了一系列不同的测速工具。
其中一种方法是基于磁场的。当电子在磁场中运动时，磁场会对其施加一种称为“洛伦兹力”的作用力，使其进行螺旋运动。
而电子是带电的，进行旋转运动时会发射出电磁波，这电磁波的频率跟电子旋转的速度有关。这样，我们只要检测这电磁波的频率，就可以通过推导出的数学规律来计算出电子运动的速度。而根据这速度，我们就可以度量电子的温度。
（按定义来说，温度是“平均动能”的量度，因此只测量一个电子的速度，并不能得出其温度。要想判断等离子体的温度，必须测量一系列的电子，将其速度拟合到麦克斯韦-玻尔兹曼分布上。）
△在磁场中，不同运动速度的电子会产生不同频率的螺旋，进而产生不同频率的电磁波。测定这一电磁波，可以知道电子运动的速度。图片来源:https://www.scienceinschool.org
而另一种方法的原理，跟交警使用的测速仪的原理是一样的，也就是多普勒效应（the Doppler effect） 。
多普勒效应最直观的体现，就是当鸣笛的汽车从我们身边驶过。当汽车逐渐靠近我们时，鸣笛的音调会较高；而汽车离我们远去时，其鸣笛的音调会听起来更低一些。
多普勒效应原理示意图图片来源：baidu.com
这是因为，汽车的运动速度影响了声音到达耳朵时的声速，从而使得我们感受到的声音频率发生了变化。
向飞驰的汽车发出一束雷达波，并且接收其反射波。反射波的频率会因为车速的影响而产生改变，因此测量这一改变的大小就可计算出车速。如果向等离子体中发出一束激光，那么激光就会与其中的电子发生相互作用，而产生该激光的散射（这一现象称为“汤姆逊散射”）。
散射出来的激光跟入射激光相对来说，其频率会稍有不同，这是由于散射过程受到了电子本身移动速度的影响，就好像雷达波受到车速影响，而改变了频率一样。

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