Titel
Thermometer
[* 1] (griech.,
Wärmemesser),
Instrument zur Bestimmung der
Temperatur. Bei den gewöhnlichen Thermometern
mißt
man die durch das
Fallen
[* 2] und Steigen der
Temperatur veranlaßten Volumveränderungen einer in einem
Gefäß
[* 3] mit Kapillarrohr eingeschlossenen
Flüssigkeit, besonders des
Quecksilbers. Das
Gefäß ist am besten cylindrisch, weil es bei
dieser Form im
Verhältnis zu der von ihm aufgenommenen Quecksilbermenge der Umgebung eine größere Oberfläche darbietet.
Je größer die
Kapazität des
Gefäßes im
Verhältnis zum
Querschnitt des Kapillarrohrs ist, desto merklicher
wird das Steigen oder Sinken des
Quecksilbers bei gleicher Änderung der
Temperatur sein.
Das
Rohr des Thermometers
muß überall gleiche innere Weite haben, so daß ein Quecksilberfaden an allen
Stellen desselben
gleiche
Länge behält. Bei der Anfertigung des Thermometers
wird die
Luft vollständig aus dem
Instrument
entfernt. Der
Raum über dem
Quecksilber muß absolut luftleer sein, so daß letzteres das
Rohr beim Umkehren des
Instruments
bis in die äußerste
Kuppe füllt. Das fertige Thermometer
wird in schmelzendes
Eis
[* 4] getaucht und der
Stand des
Quecksilbers bestimmt.
So erhält man den
Gefrierpunkt.
Zur Bestimmung des
Siedepunktes hängt man das Thermometer
in einer
Röhre auf, durch welche der
Dampf
[* 5] von kochendem
destillierten
Wasser strömt, und markiert den
Stand des
Quecksilbers. Durch den
Druck
der äußern
Luft auf das luftleere
Instrument
wird das
Gefäß des letztern etwas zusammengepreßt und dadurch die
Skala etwas verrückt. Es ist deshalb der
Gefrierpunkt nach längerer Zeit wiederholt zu bestimmen. Den
Raum zwischen Gefrier- und
Siedepunkt teilt
Reaumur in 80,
Celsius
in 100 Teile oder
Grade. Auf den Fahrenheitschen Thermometern
ist der
Eispunkt mit 32, der
Siedepunkt mit 212 bezeichnet, der
0-Punkt liegt also 32° F. unter dem
Eispunkt. Die
Grade über dem
Gefrierpunkt werden durch das Zeichen
+, die unter dem
Gefrierpunkt durch - bezeichnet. Um die Angaben einer der verschiedenen Skalen in eine andre zu
übertragen,
dienen folgende
Formeln:
t° C. = 8/10 t° R. oder 9/5 t + 32° F.,
t° R. = 10/8 t° C. oder 9/4 t + 32° F.,
t° F. = 5/9 (t -32)° C. oder 4/9 (t - 32)° R.
Vergleichung der Thermometer
skalen.
Bei Siedepunktbestimmungen ist immer der Barometerstand zu berücksichtigen, weil das
Sieden einer
Flüssigkeit von dem auf
ihr lastenden
Druck abhängig ist. Die Thermometer
skalen beziehen sich stets auf normalen Barometerstand von 760
mm. Über
den
Siedepunkt des
Wassers hinaus trägt man die
Skala empirisch auf und kann sie bis fast zum
Siedepunkt
des
Quecksilbers ausdehnen. Bei -40° gefriert das
Quecksilber, und man bedient sich daher zur Messung niedriger
Temperaturen
des Alkoholthermometers
, welches ebenso wie das Quecksilberthermometer angefertigt und nach einem solchen graduiert wird.
Rutherfords
Maximum- und Minimumthermometer
(Thermometrograph,
[* 6] Fig. 1) gibt die höchste
und die niedrigste
Temperatur an, welche in einer gewissen Zeit geherrscht hat. Es besteht aus einem
Weingeist- und einem Quecksilberthermometer
,
deren
Röhren
[* 7] horizontal liegen. In der
Röhre des Quecksilberthermometers
schiebt das
Quecksilber einen feinen Stahlcylinder
vor sich her, läßt ihn aber liegen, wenn es sich bei fallender
Temperatur zusammenzieht. Im Weingeistthermometer
befindet sich ein feines Glasstäbchen, welches aus
[* 1]
^[Abb.: Fig. 1. Rutherfords
Maximum- und Minimumthermometer.]
¶
mehr
dem Weingeist nicht herauszufallen vermag; es folgt dem beim Sinken der Temperatur sich zusammenziehenden Weingeist, bleibt
aber liegen, wenn der Weingeist sich wieder ausdehnt. Das Sixsche Maximum- und Minimumthermometer
[* 8]
(Fig. 2) besteht aus einer
heberförmig gebogenen Röhre n o p, deren unterer Teil Quecksilber enthält. Das Gefäß d und der linke
Schenkel sind bis auf das Quecksilber mit Weingeist gefüllt; im rechten Schenkel, der mit dem Gefäß q endigt, befindet sich
über dem Quecksilber ebenfalls Weingeist.
Jeder Schenkel der Röhre enthält in seinem mit Weingeist gefüllten Teil einen Stahlstift a und b, von denen der letztere bei steigender Temperatur, der erstere bei fallender Temperatur durch das Quecksilber hinaufgeschoben und beim Rückgang des Quecksilbers stehen gelassen wird. Der Stift a gibt also das Minimum, der Stift b das Maximum der Temperatur seit der letzten Einstellung an. Die Einstellung wird durch einen kleinen von außen an die Röhre gehaltenen Magnet bewirkt, durch welchen man die beiden Stifte wieder bis zu den Quecksilberkuppen herabzieht.
Das Six-Thermometer ist namentlich zum Messen der Temperatur der Meerestiefen sehr geeignet. Zur Messung der menschlichen Blutwärme gebrauchen die Ärzte ein kleines Maximumthermometer, das sogen. Fieberthermometer [* 8] (Fig. 3, natürliche Größe), von dessen Quecksilbersäule das obere Stück durch eine ganz kleine Luftblase von dem übrigen Quecksilber abgetrennt ist. Beim Steigen wird der abgetrennte Faden [* 9] vorgeschoben und bleibt bei der Abkühlung an der erreichten Stelle stehen.
Durch Schwingen des Thermometers muß vor jeder neuen Beobachtung der abgetrennte Faden wieder bis zum übrigen Quecksilber zurückgeführt werden, wobei eine doppelte Umbiegung der Röhre eine völlige Vereinigung mit diesem verhindert. Beim Gebrauch steckt man das Gefäß des Thermometers in die Achselhöhle oder in den After des Kranken und wartet 10 Minuten bis zur Ablesung. Die Einteilung gestattet, Zehntelgrade abzulesen, und braucht nur im Bereich der vorkommenden Bluttemperaturen ausgeführt zu sein.
Das Geothermometer zum Messen der Temperatur in Bohrlöchern ist ein Ausflußthermometer, es besitzt ein großes cylindrisches Gefäß, welches mittels Korks zwischen zwei durch Schrauben [* 10] verbundene Metallplatten eingeklemmt ist; die Röhre ist oben offen u. so kurz, daß der Endpunkt der Skala noch unter der zu messenden Temperatur liegt. Füllt man nun das Rohr vollständig mit Quecksilber u. überläßt das Instrument einige Zeit neben einem gewöhnlichen Thermometer sich selbst, so kann man die Temperatur, welche es anzeigt, als T notieren; senkt man es dann ins Bohrloch, so dehnt sich das Quecksilber aus, und ein Teil desselben fließt aus. Nach dem Versuch zeigt das Geothermometer t1° und ein gewöhnliches Thermometer daneben t°, wobei t1 kleiner ist als thermometer. Die Temperatur im Bohrloch ist dann x=t-t1+T. Für wissenschaftliche Zwecke wendet man das Luftthermometer (s. Ausdehnung, [* 11] S. 110) an, bei welchem die Ausdehnung oder Druckzunahme eines bestimmten Volumens Luft gemessen wird.
Dieses Instrument gibt zwischen 0 und 100° dieselben Grade an wie das Quecksilberthermometer, über 100° hinaus gibt dagegen letzteres stets höhere Temperaturen an. Das Quecksilber dehnt sich nämlich von 0-100° gleichförmig, von 100° an aber in einem stärkern Verhältnis aus. Nur die Ausdehnung der Luft ist der absorbierten Wärmemenge stets proportional, und deshalb muß man auch, wenn es sich um genaue Bestimmung höherer Temperaturen handelt, stets das Luftthermometer anwenden. Die Benutzung desselben ist aber umständlich, da man die Temperatur nicht direkt ablesen, sondern jedesmal durch einen mehr oder minder umständlichen Versuch ermitteln muß. Das Metallthermometer von Breguet [* 8] (Fig. 4) ist ein spiralförmig gewundenes, 1-2 mm breites Band, [* 12] das aus Silber, Gold [* 13] u. Platin besteht.
Drei Streifchen dieser Metalle sind so aufeinander gelötet, daß sich das Gold in der Mitte zwischen dem stärker ausdehnbaren Silber u. dem weniger ausdehnbaren Platin befindet, und dann zu einem sehr dünnen Band ausgewalzt. Das eine Ende der Spirale A ist an einem Stativ befestigt, das andre B trägt einen Zeiger cd, der über einer Kreisteilung schwebt. Beim Wechsel der Temperatur windet sich die Spirale auf oder zu und bewegt so den Zeiger, dessen Angaben nach einem guten Quecksilberthermometer reguliert werden.
Das Instrument ist äußerst empfindlich. Bei dem abgebildeten Metallthermometer hängt ein an der Nadel cd befestigtes Stäbchen in das Quecksilbergefäß H H herab, welches mit dem Messingbügel N N A nur durch das Spiralband in leitender Verbindung steht. Wird nun das Quecksilbergefäß mit dem einen, der Messingbügel mit dem andern Pol eines galvanischen Stromerzeugers verbunden, so geht der Strom durch das Spiralband, welches sich infolgedessen erwärmt, und die Nadel dreht sich um eine der Stärke [* 14] des Stroms entsprechende Anzahl von Graden. Das Quadrantenthermometer [* 8] (Fig. 5) enthält ein innen aus
[* 8] ^[Abb.: Fig. 2. Sixsches Maximum- und Minimumthermometer.
Fig. 3. Fieberthermometer.
Fig. 4. Metallthermometer von Breguet.] ¶
mehr
Kupfer, [* 16] außen aus Platin bestehendes, kreisförmig gebogenes Band fgh, dessen eines Ende f befestigt ist, während das andre t t mittels eines Hebelwerks boa durch den gezahnten Bogen [* 17] cd einen Zeiger z z in Bewegung setzt, sobald sich das Band mehr streckt oder biegt. Bei abnehmender Temperatur bewirkt die Spiralfeder s s eine Drehung in entgegengesetzter Richtung. Auf demselben Prinzip beruht das Metall-Maximum- und Minimumthermometer von Herrmann und Pfister [* 15] (Fig. 6). Das eine Ende der Spirale s s, welche aus zwei Metallstreifen, außen Stahl, innen Messing, zusammengelötet ist, ist an einen festen Metallzapfen a angeschraubt, das andere Ende b ist frei.
Steigt die Temperatur, so dehnt sich das Messing stärker aus als der Stahl, die Spirale öffnet sich etwas, ihr freies Ende geht nach links u. schiebt den leicht beweglichen Zeiger cd mittels des Stifts p vor sich her; beim Erkalten schließt sich die Spirale wieder mehr, ihr freies Ende bewegt sich nach rechts, läßt den Zeiger cd auf der erreichten Maximaltemperatur stehen und schiebt nun den Zeiger fg mittels des Stifts q nach rechts, wo derselbe bei erneuter Erwärmung stehen bleibt und das Temperaturminimum anzeigt. Die bogenförmige Skala wird durch Vergleichung mit einem Quecksilberthermometer graduiert. Solche Spiralen eignen sich sehr gut zur Konstruktion selbstregistrierender (s. Registrierapparate, [* 18] S. 664).
Das Tiefseethermometer von Negretti und Zambra ist ein gewöhnliches Quecksilberthermometer mit cylindrischem Gefäß, dessen Hals verengert und auf besondere Weise zusammengezogen ist [* 15] (Fig. 7 u. 8). Jenseit dieser Verengerung ist das Thermometerrohr mehr ausgebogen und bildet eine kleine Bucht zur Aufnahme von Quecksilber. Das Ende der alsdann gerade verlaufenden Röhre bildet ein Reservoir für das aus dem cylindrischen Gefäß abfließende Quecksilber. Wird der Apparat zunächst so gehalten, daß dies Gefäß sich unten befindet, so füllt das Quecksilber die ganze Röhre bis zu einem Raum in dem Reservoir am Ende derselben, welcher für die Ausdehnung des Quecksilbers genügt, sobald die Temperatur steigt.
Kommt nun aber durch eine plötzliche Umkehrung des Apparats das cylindrische Gefäß nach oben, so zerreißt das Quecksilber bei der Verengerung des Halses, u. der abgerissene Teil des Quecksilbers fließt die Röhre hinab und füllt das Reservoir u. einen Teil der Röhre oberhalb desselben, entsprechend der jedesmaligen Temperatur zur Zeit der Umkehrung; die Röhre ist deshalb von dem Reservoir aus nach oben in Grade eingeteilt und bildet die Thermometerskala. Um das Instrument zur Beobachtung vorzubereiten, muß das cylindrische Gefäß nach unten gebracht werden und so lange in dieser Lage verharren, bis es bei seinem Herablassen in das Wasser die Temperatur seiner Umgebung angenommen hat [* 15] (Fig. 7). Will man nun für irgend eine Tiefe des Meers, eines Sees oder eines Flusses die Temperatur bestimmen, so muß man das Thermometer umkehren, so daß das cylindrische Gefäß nach oben kommt [* 15] (Fig. 8), und es in dieser Lage halten, bis die Ablesung nach dem Heraufholen des Thermometers gemacht ist.
Die Menge des Quecksilbers in dem untern graduierten Teil der Röhre ist nämlich so gering, daß sie von einer Änderung der Temperatur während des Heraufholens nicht oder nur sehr unbedeutend beeinflußt wird (ausgenommen, wenn diese sehr beträchtlich sein sollte). Dagegen wird sich das Quecksilber in dem cylindrischen Gefäß mit der Ab- und Zunahme der Wärme [* 19] zusammenziehen oder ausdehnen. In dem letztern Fall wird etwas Quecksilber die Verengerung am Hals des Gefäßes passieren, in die oben erwähnte seitliche Ausbuchtung gelangen und dort verbleiben, solange das Gefäß aufwärts gerichtet ist; somit bleibt die Quecksilbermenge bei dieser Lage des Thermometers in dem untern Teil der Röhre unverändert. Die nach dem Heraufholen des Thermometers mittels der eingeteilten Lotleine an der Oberfläche erfolgende Ablesung desselben gibt also in der That die wirkliche Temperatur der betreffenden, durch die Lotleine bestimmten Tiefenschicht
[* 15] ^[Abb.: Fig. 5. Quadrantenthermometer.
Fig. 6. Maximum- und Minimumthermometer von Herrmann und Pfister.
Fig. 7 u. 8. Tiefseethermometer.] ¶