Требуется какой-то метод определения изменения уровня тепловой энергии тела или способ сравнения уровней тепловой энергии в различных телах. Уровень тепловой энергии, или температура тела - это важный фактор, потому что тепловая энергия всегда будет переходить от тела с большей температурой к телу с меньшей температурой (уровню тепловой энергии), хотя тело при более низкой температуре может содержать больше тепловой энергии.

Органы чувств человека не могут правильно оценить температуру тела. То, что вы чувствуете своей рукой, зависит также от ее исходного состояния. Что же тогда требуется для измерения температуры?

Любое физическое свойство тела, которое изменяется соответственно с температурой, может служить для ее измерения. Некоторые из этих свойств следующие:

• тепловое расширение жидкости;
• изменение сопротивления металла, например отрезка платиновой проволоки;
• изменение электродвижущей силы термопары, когда два ее соединения имеют разную температуру;
• давление газа определенной массы при постоянном объеме.

Можно использовать и другие свойства. Как же мы узнаем, что эти свойства изменяются соответственно изменению температуры? Это затруднительно, поскольку если одно свойство используется для проверки другого и они не согласуются, то невозможно узнать, что является ошибкой, и если четыре термометра используются для измерения одной температуры, скажем, 200°С, то они дадут немного отличные показания. Какой же из них точен и точен ли каждый из них? 

Все газы имеют одинаковый коэффициент расширения, и поэтому вероятно, что есть что-то основополагающее в газовом термометре постоянного объема. Более того, шкала для измерения температуры газа совпадает с теоретической  термодинамической шкалой температур Кельвина.

Газовый термометр постоянного объема описан здесь. Он принят за эталон, и другие термометры градуируются по нему. Вода не может применяться как жидкость для термометра вследствие ее необычного расширения. Она имеет и другие недостатки, а именно низкую точку кипения и высокую точку замерзания. Ее бесцветность не является проблемой, поскольку нетрудно добавить в нее немного красящего вещества, чтобы она была легко видна.

Жидкостный стеклянный термометр

Наиболее знакомым термометром является показанный на рисунке. В  нем обычно  используется одна  из двух жидкостей - ртуть или спирт. Жидкость содержится в тонкостенной колбе на конце длинной толстостенной капиллярной трубки. Стекло плохой проводник тепловой энергии, поэтому стенки колбы тонкие, чтобы тепловая энергия быстро проходила через них и жидкость приобретала температуру окружающей среды. Поскольку колба мала, то канал капиллярной трубки должен быть очень узок, так, чтобы малое изменение температуры вызывало заметное движение столбика жидкости.

Если вы посмотрите на трубку сломанного термометра, то вам потребуется увеличительное стекло, чтобы увидеть этот канал. Легко увидеть нить жидкости в термометре, поскольку толстостенная трубка действует как цилиндрическое увеличительное стекло. Жидкостные стеклянные термометры не слишком точны, имеют ограниченный диапазон и легко разбиваются. Они могут давать более точные показания, если интервал между отметками на шкале увеличен.

Этого можно достичь или увеличением размеров колбы, или применением капиллярной трубки с еще более узким отверстием, или же и тем и другим. Если колба больше, то повышение объема жидкости будет больше для того же повышения температуры и ртуть продвинется по стволу дальше. Уменьшение канала дает большую длину столбика жидкости для того же увеличения объема и того же повышения температуры.

Как скоро термометр достигает измеряемой температуры? Это зависит от количества жидкости в колбе. Чем больше жидкости, тем дольше это происходит. Некоторые больничные термометры называются «полуминутными термометрами», а некоторые — «одноминутными».