Von Fahrenheit zu Celsius: Wie sich die Temperaturmessung entwickelt hat

Habe ich Fieber? Ist mein Fleisch gar? All diese Fragen liessen sich nicht beantworten, wenn es das Thermometer nicht gäbe. Mit einfachen Geräten fing es vor über 400 Jahren an. Heute ist vor allem die Skala von Anders Celsius geläufig.

Auf die Frage, wie man denn die Temperatur messen kann, würde mir jeder Leser dieses Beitrags zur Antwort geben: «Klar, mit einem Thermometer.» Wir sind es heute gewohnt, dass wir bei Fieber eine genaue Abweichung der Körpertemperatur feststellen oder in den Wohnräumen die Zimmertemperatur ablesen können. Die Meteorologen wollen die Temperatur der Luft erfassen, die ihnen wieder Hinweise auf Luftmassen und deren Ursprung geben.

Nun steht noch die Grillsaison vor der Türe, und da möchte der Grillmeister die genaue Temperatur im Innern des Fleischstücks messen, damit ja nichts verbrennt, sondern schön gart. In dem Moment, in dem Sie das Grillgut geniessen, werden Sie wohl kaum überlegen, dass hinter dieser Temperaturmessung und deren Entwicklung ein Zeitraum von fast 400 Jahren liegt.

Kalt oder warm

Vor 400 Jahren gab es aber noch keine Temperaturskalen, mit denen man verlässliche und reproduzierbare Temperaturmessungen machen konnte. Man war zwar imstande, rein subjektiv festzustellen, dass ein Körper qualitativ kalt oder warm ist. Einen quantitativen Temperaturwert, das heisst 10 Grad, 20 Grad oder 40 Grad Celsius konnte man noch nicht zuordnen.

Im Falle der Flüssigkeitsthermometer, die damals schon sehr verbreitet waren, brauchte es Thermometergefässe mit einer geeigneten Flüssigkeit, einem dünnen Anzeigeröhrchen und einer Skala. Die Thermometergefässe mit aufgesetztem Anzeigeröhrchen waren meistens glasbläserische Meisterleistungen. Die Flüssigkeit musste sich beim Erwärmen oder Abkühlen kontinuierlich ausdehnen oder zusammenziehen. Der Vorgang durfte nicht sprunghaft verlaufen.

Quecksilber oder Alkohol

Je nach Temperaturbereich, in dem man messen wollte, gab es eigentlich nur zwei Flüssigkeiten, die diese Voraussetzungen erfüllten, entweder Alkohol oder dann Quecksilber. Reiner Alkohol siedet bei 78 Grad Celsius und schmilzt bei minus 114 Grad Celsius. Quecksilber ist bei Raumtemperaturen flüssig. Es schmilzt bei minus 39 Grad und siedet bei 357 Grad Celsius.

Daraus wird ersichtlich, dass für die Messungen von hohen Temperaturen Quecksilber in den Thermometern die geeignete Flüssigkeit ist. Bei tiefen Temperaturen kommt das Alkoholthermometer zur Anwendung. Wasser eignet sich als Thermometerflüssigkeit nicht, da es sich beim Abkühlen kontinuierlich verdichtet, bei vier Grad Celsius die grösste Dichte aufweist und sich darunter wieder ausdehnt und bei null Grad Celsius zu Eis gefriert.

Wasser als Referenz

Was jetzt noch fehlte, war eine geeignete Skala, auf der man die Ausdehnung oder das Zusammenziehen der Flüssigkeiten quantitativ verfolgen konnte. Dazu gab es vor 400 Jahren schon einige Vorschläge. Im Jahr 1665 schrieb nämlich der holländische Physiker Christiaan Huygens an den Präsidenten der Royal Society, Robert Moray, dass man «die Teilung der Thermometerskala am besten vom Gefrierpunkt des Wassers aus als ‹Kältegrade› und vom Siedepunkt als ‹Wärmegrade› beginnen müsse, wäre doch damit eine Vergleichbarkeit der Thermometer an jedem Ort und zu jeder Zeit gegeben».

Er brachte also Wasser als Referenzsubstanz ins Spiel, obwohl es selber als Thermometerflüssigkeit nicht infrage kam. Das war ein revolutionärer Vorschlag, der aber leider vorerst kein Gehör bei anderen Fachleuten fand. Die damaligen Meteorologen in Europa waren von den Thermometern des deutschen Physikers Gabriel Daniel Fahrenheit (1686–1736), des französischen Physikers René-Antoine Réaumur (1683–1757) und des schwedischen Physikers Anders Celsius (1704–1744) begeistert (siehe Kästen).

Immer mehr im Alltag

In der zweiten Hälfte des 17. Jahrhunderts wurden die Thermometer sehr beliebt und nicht nur in den Wissenschaften, sondern auch im täglichen Leben häufig angewandt. In unserer Zeit blieb aber die Entwicklung der Thermometer nicht stehen, vor allem weil die verwendeten Flüssigkeiten Quecksilber und Ethanol (Weingeist) nicht ungefährlich sind. So kennt man in der Zwischenzeit auch Bimetall-Thermometer und elektronische Thermometer. Mit den elektronischen Thermometern, ihren Sensoren und geeigneten Apps kann man zum Beispiel Gar-Temperaturen der Grilladen über das Handy bestens überwachen, womit wir wieder beim Grillmeister angekommen sind. Viel Vergnügen…

Mario Slongo ist ehemaliger DRS-Wetterfrosch. Einmal im Monat erklärt er in den FN spannende Naturphänomene. Weitere Beiträge unter: www.freiburger-nachrichten.ch

Zur Person

Gabriel Daniel Fahrenheit (1686–1736)

Gabriel Daniel Fahrenheit war nicht nur Physiker, er war auch ein guter Glasbläser und konstruierte seine Thermometer 1709 selber. Die Thermometerflüssigkeit war bei ihm zuerst Alkohol (Ethanol). Er wechselte aber im Jahre 1714 auf Quecksilber. Dazu wollte er eine Skala, die keine negativen Werte, keine Minustemperaturen aufwies. Als «Eckpunkte» nahm er den Gefrierpunkt und den Siedepunkt von Wasser und teilte die Skala willkürlich in 180 Teilgrade ein. Damit keine negativen Temperaturgrade auftraten, bestimmte er den kältesten Punkt in seinem Labor mit einer Mischung aus Wasser, Eis und Ammoniumchlorid. Damit kam er auf einen Temperaturwert von (heute) minus 18 Grad Celsius. Dieser Wert war bei ihm der Nullpunkt der Skala, also 0 Grad F (Fahrenheit). Das gefrierende Wasser (Wasser-Eis-Mischung) lag in seiner Skala bei plus 32 Grad F. Die oberste Grenze, das siedende Wasser, war somit um 180 Einheiten höher, also 212 Grad F. Interessant ist noch zu entdecken, dass Fahrenheit auch die Körpertemperatur von uns Menschen bei 10 Grad Fahrenheit festlegte, was aber 37,7 Grad Celsius entspricht und heute bereits leichtes Fieber bedeuten würde. Die normale menschliche Körpertemperatur von 37 Grad Celsius wäre bei 98,6 Grad Fahrenheit. Diese Temperaturskala war noch bis vor wenigen Jahren in allen angelsächsischen Ländern sehr verbreitet, heute nur noch in den USA. sm

Zur Person

Anders Celsius (1704–1744)

Anders Celsius war ein genialer schwedischer Physiker und Astronom. Er vereinfachte die Temperaturskala schon damals so, dass sie heute immer noch in den meisten Ländern der Welt angewendet werden kann. Er definierte seine Skala mit einer Einteilung in 100 Teilgraden zwischen gefrierendem und siedendem Wasser. Weil er ursprünglich auch keine negativen Temperaturwerte wollte, legte er den Siedepunkt von Wasser bei 0 Grad C (Celsius) und den Gefrierpunkt von Wasser zu Eis bei 100 Grad C fest. Nach seinem Tod 1744 wurde die Skala umgeschrieben, mit dem Gefrierpunkt bei 0 Grad C und dem Siedepunkt bei 100 Grad C. Die neue Celsius-Skala mit Negativwerten ist heute die gebräuchlichste Temperaturskala in der Welt. sm