Forside Søgning Liste

Resultater vedrørende varme og temperatur opnået i 1600 - tallet

Omkring år 60 e.Kr. arbejdede den græske fysiker Heron med egenskaber ved varme, der er link for oven. Han opdagede at luft udvider sig ved opvarmning, men nogen talværdier nåede han ikke frem til. Efter Heron udvikledes kendskabet til begreberne varme og temperatur ikke før i begyndelsen af 1600-tallet. I det følgende beskriver vi nogle af de instrumenter, der blev konstrueret i løbet af 1600 - tallet til måling af begrebet temperatur. Varmemængde er noget helt andet end temperatur. Hvis man f.eks. ønsker at varme vandet i en skål op fra 20° til 30°, så skal man tilføre en varmemængde, der afhænger af, hvor meget vand der er i skålen. Varmemængde måles i kalorier, en enhed, der blev indført i 1760 af Joseph Black, der er link for oven.

1. Drebbels eksperiment i 1604

Cornelius Drebbels, (1572 - 1633), var en dygtig hollandsk håndværker. Han lavede en konstruktionstegning til verdens første undervandsbåd, og han var meget dygtig til at slibe linser. I 1622 lærte han Constantijn Huygens kunsten at slibe linser, og der er vist ingen tvivl om, at Constanijn lærte sin søn, den berømte fysiker Christiaan Huygens, at slibe linser af høj kvalitet. Drebbels konstruerede også en forløber til termometret. På billedet til højre viser vi Drebbels udstyr. Det består af en pæreformet metalbeholder, hvor den buede stilk er hul. Beholderen er hængt op i et træ, og stilken stikker ned i en skål med vand. Når man så tænder et bål under beholderen bliver luften inde i beholderen varmet op. Så kan man se, at der kommer luftbobler ud af stilken. Det beviser, at luften i beholderen udvider sig ved opvarmning. Hvis man så slukker bålet, så bliver luften i beholderen kold, og så fylder den mindre. Derfor bliver der suget vand op i beholderen, og mængden af vand er et mål for, hvor meget luften udvidede sig ved opvarmning. Drebbel gjorde nu intet forsøg på at omsætte iagttagelsen til en talværdi.

Et meget poetisk billede af Drebbels eksperiment

2. Galileis termometer fra ca 1603

Galilei havde læst om Herons undersøgelser, så han vidste godt lufttrykket i en lukket beholder stiger med temperaturen. Det er dette faktum, der er udgangspunktet for Galileis termometer. Galilei offentliggjorde vist ikke selv noget om sit termometer, men en af hans bekendte, en vis Pater Castelli, fortæller at han i 1603, under et besøg hos Galilei, så hans termometer. Vi viser termometret på billedet til venstre. Øverst er der en glaskugle D, "på størrelse med et hønseæg". Et 30 cm langt glasrør, "så vidt som et halmstrå" er smeltet fast omkring et lille hul i kuglen. På bordet står der på en bred fod et smalt kar A, som er lidt bredere end et halmstrå. Karret er til at begynde med fyldt med vand. Så tager Galilei glaskuglen mellem sine hænder, temmelig længe, indtil luften inde i glaskuglen er varmet op til måske 30°. Så stikker han glasrøret ned i karret indtil det rammer bunden. Bunden er uregelmæssig, så der kan strømme vand op i røret. Og efterhånden som luften i glaskuglen bliver afkølet til stuetemperatur, falder trykket inde i glaskuglen, og så bliver der suget vand op i røret, ligesom når man bruger et sugerør. Når afkølingen når stuetemperatur, sker der ikke mere. Når man venter længere, så stuetemperaturen stiger eller falder vil vandstanden i røret falde eller stige. Så det er en slags termometer Galilei har konstrueret.

På dette tidspunkt havde Torricelli ikke opfundet barometret (der er link for oven), så det kan godt være at Galilei ikke vidste, at atmosfærens tryk varierer. Hvis atmosfærens tryk stiger, presser det øgede tryk på den lille ringformede vandoverflade ved A på billedet. Og det bevirker, at vandstanden i termometret stiger, også selv om temperaturen ikke er faldet. Derfor virker Galileis termometer ikke tilfredsstillende.

3. Sanctorius´ lægetermometer fra ca 1615

Sanctorius arbejdede som lægevidenskabelig professor i den italienske by Padova, ca 50 km vest for Venedig. Han indførte kvantitative begreber i lægevidenskaben, bl.a. temperatur og vægt. Det fortælles at hans forelæsninger blev fulgt at en masse unge mænd. På billedet til venstre viser vi hans lægetermometer, der er inspireret af Galilei. Det bestod af et sik-sak-formet rør, der nederst stak ned i en beholder med vand. For oven endte røret i en lille rund beholder, som på billedet er inde i patientens mund. Når luften inde i beholderen bliver opvarmet udvider luften i beholderen sig og så falder vandstanden. Så hvis patienten har feber falder vandstanden meget. Røret er inddelt med små mærker, så vandstanden kunne aflæses. Ligesom på Galileis termometer er det en ulempe, at længden af vandsøjlen ikke er bestemt af temperaturen alene, atmosfærens tryk spiller også en rolle.

Sanctorius 1561 - 1636

Det undrer mig, at Sanctorius har lavet termometerrøret sik-sak-formet. Jeg tror det på hans tid var velkendt, at trykforskellen mellem to punkter i en væske i en beholder er bestemt af højdeforskellen mellem de to punkter. Så Sanctorius kunne lige så godt have brugt et retlinet termometerrør, men hvis han havde gjort det, ville "gradmærkerne" komme tættere på hinanden.

4. Storhertug Ferdinands væsketermometer fra 1641

De termometre, som vi har beskrevet ovenfor, udnytter alle, at luft udvider sig ved opvarmning. Det vides ikke bestemt, hvem der først opdagede, at også væsker udvider sig ved opvarmning.

Storhertug Ferdinand og hans bror var meget interesserede i naturvidenskab. De kendte Galileis termometer, og de var klare over, at det havde den væsentlige ulempe, at dets visning var afhængig af det aktuelle tryk af atmosfæren. I 1641 konstruerede storhertug Ferdinand den 2den et termometer, der udnytter, at væsker udvider sig ved opvarmning. Vi viser storhertugens termometer neden for til højre.

Storhertug Ferdinand II 1610 - 1670

For neden er der en glaskugle, "så stor som en bøssekugle" og ovenpå den er fastgjort et langt smalt rør, der under konstruktionsarbejdet er åbent for oven. Så hældes der noget farvet sprit ned i røret, og røret smeltes til for oven. Så har atmosfærens tryk ikke adgang til det indre af termometret. Det viste sig nu, at spritten udvider sig ved opvarmning og at den trækker sig sammen ved afkøling. Sprit reagerer kraftigere end vand på temperaturændringer. Det er også en fordel ved at bruge sprit i stedet for vand, at sprit først fryser når temperaturen kommer ned i nærheden af -30°C. På siden af røret er der markeret en inddeling med små streger med konstante afstande. Hver 10-ende streg ser anderledes ud end de andre, så man kan aflæse, hvor højt spritten står. Aflæsningerne kan bruges som mål for temperaturen. Storhertugens termometer er stort set af samme type , som dem der blev brugt af vore bedsteforældre inden den digitale tidsalder.

Der mangler imidlertid en markering af to veldefinerede temperaturer, f.eks. vands kogepunkt og isens smeltepunkt.

En anden fejlkilde er at rørets tværsnitsareal vil variere lidt med højden. Den fejl blev først rettet af Ole Rømer i 1710, der er link for oven.

Storhertugens termometer kunne bruges, hvis man ønskede at holde temperaturen i et rum konstant. Det prøvede Storhertugen ved at opbevare nylagte hønseæg ved en temperatur, som den en høne kan skabe, når de ruger på æg. Han havde nu ikke held med det. Ud af 144 æg kom der kun 3 kyllinger!

5. Huygens´ forslag til fixpunkter i 1665

Midt i 1600 - tallet arbejdedes der flere steder i Europa med valg af fixpunkter på termometre. F.eks iagttog medlemmer af den højt kvalificerede forskergruppe "Accademia del Cimento" at termometret altid viste det samme, når det blev anbragt i isvand. Et af gruppens termometre blev sendt til Royal Society i London, og også her blev man klar over, at vand med is i altid har samme temperatur. Huygens, der var i nær kontakt med Royal Society fik denne oplysning, og han opdagede i 1665 at også dampen over kogende vand altid har samme temperatur, så her er der også et muligt fixpunkt på termomeretskalaen. Da Huygens gjorde denne iagttagelse, må han have anvendt et kviksølvtermometer, for sprit har lavere kogepunkt end vand. Nu kunne man for første gang lave to termometre, der nogenlunde viste samme temperatur: Man kunne nemlig afsætte de to fixpunkter på begge termometre, og så dele fixpunkterne i lige mange grader. Der er imidlertig ikke historisk belæg for, at denne konstruktion faktisk blev udført på dette tidspunkt.

6. Halley fandt i 1688 ud af, at vand altid koger ved samme temperatur

Halley tog et termometerrør med kviksølv i. Termometret var åbent for oven, og han anbragte det i kogende vand. Han lavede forsøget mange gange, og han fandt, at kviksølvet altid steg til samme højde i røret. Han lavede det samme forsøg med spiritus i stedet for vand, og han foreslog, at man brugte spiritussens kogepunkt som fixpunkt. Dette forslag blev ikke brugt senere.

7. 1694 Renaldinis opdagelse af, at dampen over kogende vand altid har samme temperatur

Renaldini tilhørte den italienske adel, og han studerede som ung ved universitetet i Bologne i fagene matematik, fysik og teknik. Som ung arbejdede han som ingeniør ved det italienske militær, og senere blev han professor ved universitetet i Padua. Han mødte Galilei, og blev gode venner med ham. Renaldini var medlem af Accademia del Cimento, en lille gruppe forskere som vi skriver om i vores artikel om akademier og forskningsbiblioteker, der er link for oven. Renaldini tilsluttede sig Huygens forslag om at bruge vands frysepunkt og kogepunkt som fixpunkter på termometret. I 1672 foreslog Sebastiano Bartolo at man inddelte intervallet mellem disse to fixpunkter i 18 dele. I 1694 forøgede Reginiani dette forslag med 12, så termometrene skulle have 30 "grader" mellem de to fixpunkter. Hermed lagde han op til de beslutninger, der senere blev truffet af Rømer, Fahrenheit , Celsius og Reamur. Renaldini opdagede i 1694 at kogepunktet for vand afhang af, hvor i det kogende vand, termometrets beholder var anbragt, og også af, hvad form kogekarret havde. Han opdagede derefter, at temperaturen af dampen over det kogende vand altid var den samme, og han konstruerede termometre hvor han brugte temperaturen i dampen over kogende vand som fixpunkt sammen med temperaturen af vand med is i. Disse fixpunkter bliver stadig brugt i vores termometre, dog ikke konsekvent i dem, der bruger fahrenheitskalaen.

Carlo Renaldini 1615 - 1698

8. Senere blev 100° - markeringen afsat med stor nøjagtighed

På figuren til højre viser vi hvordan 100° markeringen senere blev afsat. Nederst er der ild, der får vandet i beholderen oven over til at koge. Dampen stiger op i den smalle beholder, og for oven bliver den nødt til at strømme nedad i beholderen lige indenfor ydervæggene. På vejen ned kondenseres noget af dampen til vand, som burde være vist nede i bunden. Vandstanden kan dog ikke nå højere end til den skrå tud til højre. Her strømmer der damp og vand ud. Til venstre er der et snoet glasrør med lidt vand i. Her kan man straks se hvis tuden bliver lidt tilstoppet. Så renser man tuden, og trykket bliver normalt igen Ned midt gennem det hele er der anbragt et kviksølvtermometer. Det går gennen et snævert hul i proppen for oven. Det er presset så langt ned, at kviksølvet lige netop når op over proppen, når kogningen har stået på nogen tid. Så kan man markere, hvor der skal stå 100° på termometret, hvis man bruger celsiusskalaen.

Dampen er med vilje tegnet forkert på billedet, damp er nemlig usynlig. Det man kan se, er små vanddråber, f.eks. i form af skyer. De dannes, når dampen bliver afkølet.

Temperaturen af dampen over kogende vand varierer dog lidt med det atmosfæriske tryk, men det fik først James Watt styr på i slutningen af 1700 - tallet, der er link for oven.

De termometre, der er beskrevet ovenfor har alle den fejlkilde, at tværsnitsarealet af hullet i termometerrøret varierer en lille smule, afhængigt af hvor højt oppe i røret man måler arealet. Det var først Ole Rømer, der i 1702 tog hensyn til denne fejl. Under et besøg hos Rømer lærte Fahrenheit af Rømer at kompensere for denne fejl. - Der er link for oven.

Herunder viser vi et stuetermometer som det, mine bedsteforældre havde.

Hvis du støder på et ord, hvis betydning du ikke kender, så søg på ordet.