Galileo-Thermometer: Unterschied zwischen den Versionen

Aktuelle Version vom 29. September 2021, 14:42 Uhr

Flüssigkeitsthermometer nach Galileo Galilei; abgelesene Temperatur: zwischen 22 und 24 °Celsius

Das Galileo-Thermometer (auch Galilei-Thermometer genannt) ist ein Thermometer, das aus einem Glaszylinder besteht und mit Flüssigkeit und Auftriebskörpern gefüllt ist. Es wurde nach dem (Vor)Namen des Physikers Galileo Galilei benannt, der das Prinzip entdeckte, dass sich die Dichte von Flüssigkeiten mit der Temperatur ändert.

Geschichte

Diese Art von Thermometer wurde vom Großherzog Ferdinando II. de’ Medici erfunden,^[1] der 1654 auch das erste Thermometer mit Alkohol als Messflüssigkeit erfunden hat.

Funktionsprinzip

Änderung der Flüssigkeits-Dichte mit der Temperatur (links kalt, rechts warm) und Einfluss auf einen Schwimmkörper, dessen Dichte gerade zwischen den Dichten der warmen und der kalten Flüssigkeit liegt (im dargestellten Beispiel: 1,000 kg/Liter)

Detailansicht

Die Glaskörper eines Galileo-Thermometers

Ein Galileo-Thermometer zeigt anhand des Auftriebs verschiedener Körper in einer Flüssigkeit die Raumtemperatur an. Solche Messgeräte werden von verschiedenen Herstellern als Zimmerdekoration angeboten.

Das Thermometer besteht aus einem engen Glaszylinder, der mit einer Flüssigkeit (beispielsweise Öl) gefüllt ist. In der Flüssigkeit befinden sich mehrere (meist 5 oder 10) kleine Glasballons mit geringfügig unterschiedlicher Dichte, die aus dekorativen Gründen oft mit einer gefärbten Flüssigkeit (Wasser oder Ethanol) befüllt sind und an die jeweils eine kleine Plakette als Gewicht gehängt ist. Steigt die Temperatur, so dehnt sich die Flüssigkeit aus und verringert damit ihre Dichte und damit ändert sich der dichteabhängige statische Auftrieb der einzelnen Kugeln.

Die dazu verwendeten Glaskugeln, deren Durchmesser größer ist als der halbe Innendurchmesser des Zylinders^[2] (wodurch sie in der Schichtung bleiben und sich gegenseitig nicht "überholen"), werden so übereinander angeordnet, dass deren mittlere Dichte von der obersten Kugel zur untersten Kugel zunimmt.

Bei einer bestimmten Temperatur steigen alle Kugeln auf, deren mittlere Dichten kleiner sind als die mittlere Dichte der sie umgebenden Flüssigkeit ist.
Alle Kugeln sinken ab, deren mittlere Dichten größer sind als die mittlere Dichte der sie umgebenden Flüssigkeit.
Erwärmt sich dann die Flüssigkeit, nimmt also ihre Dichte ab, so sinkt eine Kugel von oben ab,
kühlt sich die Flüssigkeit ab, so nimmt die Dichte der Flüssigkeit zu, und eine Kugel steigt nach oben.

Je nach Eichung sind die Glaskörper so kalibriert, dass sie bei der auf der Plakette vermerkten Temperatur in der Flüssigkeit in der Mitte schweben oder die Temperatur an der oben zuunterst oben schwimmenden Kugel abzulesen ist^[2].

Der Messbereich üblicher Galileischer Thermometer beträgt etwa 18 bis 25 Grad Celsius in Schritten von einem oder zwei Grad Celsius. Bei Eichung in 2°-Abständen kann als aktuelle Temperatur auch der Mittelwert zwischen den Temperaturwerten des untersten schwimmenden und des obersten abgesunkenen Glaskörpers gelten. Die Art der Eichung ist üblicherweise in der Anleitung beschrieben.

Da Glas ein schlechter Wärmeleiter ist und die Wärme der Flüssigkeit auch auf die inneren Glasballons und deren Füllflüssigkeiten übergeht (und umgekehrt), folgt das Thermometer Änderungen der Lufttemperatur nur langsam und reagiert träge. Dafür kann mithilfe der "großen Skala" und der unterschiedlichen Farben der Flüssigkeiten die Temperatur gut "aus der Ferne" abgelesen werden.

Eine Schwierigkeit bei der Herstellung ist das Austarieren der Dichte der Glaskörper, dazu sollten die Glaskörper exakt dasselbe Volumen haben oder das Verdrängvolumen wird einzeln bestimmt und für den richtigen Auftrieb die nötige Menge Flüssigkeit zudosiert. Auch das einseitige Erhitzen und Verschmelzen der (alkohol)gefüllten Glaskörper bedarf handwerklicher Kunstfertigkeit.

Siehe auch

Archimedisches Prinzip
Aräometer
Sturmglas

Literatur

Christian Ucke, Hans-Joachim Schlichting: Das Galilei-Thermometer. Termometro Lento. In: Physik in unserer Zeit. 25 (1994), Heft 1, S. 44–45 (pdf)

Weblinks

Commons: Galileo-Thermometer – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise

↑ W.E.K. Middleton: A History of the Thermometer, Johns Hopkins Press, Baltimore, 1966; zitiert bei: Spiel, Physik und Spaß. S. 87 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
↑ ^2,0 ^2,1 Spiel, Physik und Spaß. S. 87 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).

[1] W.E.K. Middleton: A History of the Thermometer, Johns Hopkins Press, Baltimore, 1966; zitiert bei: Spiel, Physik und Spaß. S. 87 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).

[SPS-2] 2,0 ^2,1 Spiel, Physik und Spaß. S. 87 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).

[1]

[2]

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-[[Datei:Galileo thermometer.jpg|miniatur|hochkant=0.5|Flüssigkeits&shy;thermometer nach [[Galileo Galilei]]; abgelesene Temperatur: zwischen 22 und 24&nbsp;°Celsius]]
+[[Datei:Galileo thermometer.jpg|mini|hochkant=0.5|Flüssigkeits&shy;thermometer nach [[Galileo Galilei]]; abgelesene Temperatur: zwischen 22 und 24&nbsp;°Celsius]]
-Das '''Galileo-[[Thermometer]]''' wurde nach dem [[Physiker]] [[Galileo Galilei]] benannt, der das Prinzip entdeckte, dass sich die [[Dichte]] von Flüssigkeiten mit der [[Temperatur]] ändert.
+Das '''Galileo-Thermometer''' (auch '''Galilei-Thermometer''' genannt) ist ein [[Thermometer]], das aus einem [[Gasflasche|Glaszylinder]] besteht und mit [[Flüssigkeit]] und Auftriebskörpern gefüllt ist. Es wurde nach dem (Vor)Namen des [[Physiker]]s [[Galileo Galilei]] benannt, der das Prinzip entdeckte, dass sich die [[Dichte]] von Flüssigkeiten mit der [[Temperatur]] ändert.
+== Geschichte ==
+Diese Art von Thermometer wurde vom [[Großherzog]] [[Ferdinando II. de’ Medici]] erfunden,<ref>W.E.K. Middleton: ''A History of the Thermometer'', Johns Hopkins Press, Baltimore, 1966; zitiert bei: ''Spiel, Physik und Spaß.'' S.&nbsp;87 ({{Google Buch|BuchID=LGDYuxw74vgC|Seite=87}}).</ref> der 1654 auch das erste Thermometer mit [[Ethanol|Alkohol]] als Messflüssigkeit erfunden hat.
 == Funktionsprinzip ==
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 [[Datei:Nahaufnahme Glaskörper Galileo Thermometer.jpg|miniatur|hochkant|rechts|Detailansicht]]
 [[Datei:Glaskörper Galileo Thermometer.jpg|miniatur|rechts|Die Glaskörper eines Galileo-Thermometers]]
-Das Thermometer besteht aus einem engen Glaszylinder, der mit einer Flüssigkeit (meist [[Öl]]) gefüllt ist. In der Flüssigkeit befinden sich mehrere (meist&nbsp;5 oder&nbsp;10) Glaskörper mit geringfügig unterschiedlicher Dichte, die aus dekorativen Gründen oft mit einer gefärbten Flüssigkeit (Wasser oder [[Ethanol]]) befüllt sind und an die jeweils ein kleines Gewicht gehängt ist. Die Glaskörper sind so [[Kalibrierung|kalibriert]], dass sie jeweils bei einer anderen Temperatur gerade in der Flüssigkeit schweben.
-Die umgebende Flüssigkeit ändert ihre Dichte mit der Temperatur:
+Ein Galileo-Thermometer zeigt anhand des Auftriebs verschiedener Körper in einer Flüssigkeit die Raumtemperatur an. Solche [[Messgerät]]e werden von verschiedenen Herstellern als Zimmer[[dekoration]] angeboten.
-* steigt die Temperatur, so dehnt sich die Flüssigkeit aus und verringert damit ihre Dichte. Dadurch nimmt der [[Statischer Auftrieb|Auftrieb]] der Glaskörper ab und sie beginnen zu sinken (''vgl. Zeichnung'').
-* Bei Temperaturabnahme vergrößert sich die Dichte der umgebenden Flüssigkeit, die Glaskörper steigen nach und nach auf.
+Das Thermometer besteht aus einem engen Glaszylinder, der mit einer Flüssigkeit (beispielsweise [[Öle|Öl]]) gefüllt ist. In der Flüssigkeit befinden sich mehrere (meist&nbsp;5 oder&nbsp;10) kleine [[Glasballon]]s mit geringfügig unterschiedlicher Dichte, die aus dekorativen Gründen oft mit einer gefärbten Flüssigkeit (Wasser oder [[Ethanol]]) befüllt sind und an die jeweils eine kleine Plakette als Gewicht gehängt ist. Steigt die Temperatur, so dehnt sich die Flüssigkeit aus und verringert damit ihre Dichte und damit ändert sich der dichteabhängige [[Statischer Auftrieb|statische Auftrieb]] der einzelnen Kugeln.
-Im Idealfall schwebt ein Glaskörper; die [[Gravur]] auf seinem Gewicht gibt dann die aktuelle Temperatur an. Wenn kein Glaskörper schwebt, ergibt sich die Temperatur als Mittelwert zwischen den Temperaturwerten des untersten schwimmenden und des obersten abgesunkenen Glaskörpers.
+Die dazu verwendeten Glaskugeln, deren Durchmesser größer ist als der halbe Innendurchmesser des Zylinders<ref name="SPS"> ''Spiel, Physik und Spaß.'' S.&nbsp;87 ({{Google Buch|BuchID=LGDYuxw74vgC|Seite=87}}).</ref> (wodurch sie in der Schichtung bleiben und sich gegenseitig nicht "überholen"), werden so übereinander angeordnet, dass deren mittlere Dichte von der obersten Kugel zur untersten Kugel zunimmt.
+* Bei einer bestimmten Temperatur steigen alle Kugeln auf, deren mittlere Dichten kleiner sind als die mittlere Dichte der sie umgebenden Flüssigkeit ist.
+* Alle Kugeln sinken ab, deren mittlere Dichten größer sind als die mittlere Dichte der sie umgebenden Flüssigkeit.
+* Erwärmt sich dann die Flüssigkeit, nimmt also ihre Dichte ab, so sinkt eine Kugel von oben ab,
+* kühlt sich die Flüssigkeit ab, so nimmt die Dichte der Flüssigkeit zu, und eine Kugel steigt nach oben.
+Je nach [[Eichung]] sind die Glaskörper so [[Kalibrierung|kalibriert]], dass sie bei der auf der Plakette vermerkten Temperatur in der Flüssigkeit in der Mitte [[Statischer Auftrieb#Schweben|schweben]] oder die Temperatur an der oben zuunterst [[Statischer Auftrieb#Die Auftriebskraft ist größer als die Gewichtskraft: Aufsteigen|oben schwimmenden]] Kugel abzulesen ist<ref name="SPS" />.
-Der [[Messbereich]] üblicher Galileischer Thermometer beträgt etwa 18 bis 25&nbsp;[[Grad Celsius]] in Schritten von einem oder zwei Grad Celsius. Sie werden von verschiedenen Herstellern als Zimmerdekoration angeboten.
+Der [[Messbereich]] üblicher Galileischer Thermometer beträgt etwa 18 bis 25&nbsp;[[Grad Celsius]] in Schritten von einem oder zwei Grad Celsius. Bei Eichung in 2°-Abständen kann als aktuelle Temperatur auch der [[Mittelwert]] zwischen den Temperaturwerten des untersten schwimmenden und des obersten abgesunkenen Glaskörpers gelten. Die Art der Eichung ist üblicherweise in der Anleitung beschrieben.
-Das Thermometer ist sehr träge, die Flüssigkeitstemperatur folgt den Änderungen der Lufttemperatur nur langsam.
+Da Glas ein [[Wärmeleitfähigkeit|schlechter Wärmeleiter]] ist und die Wärme der Flüssigkeit auch auf die inneren Glasballons und deren Füllflüssigkeiten übergeht (und umgekehrt), folgt das Thermometer Änderungen der Lufttemperatur nur langsam und reagiert träge. Dafür kann mithilfe der "[[Größenordnung|großen Skala]]" und der unterschiedlichen Farben der Flüssigkeiten die Temperatur gut "aus der Ferne" abgelesen werden.
+Eine Schwierigkeit bei der Herstellung ist das Austarieren der Dichte der Glaskörper, dazu sollten die Glaskörper exakt dasselbe Volumen haben oder das Verdrängvolumen wird einzeln bestimmt und für den richtigen Auftrieb die nötige Menge Flüssigkeit zudosiert. Auch das einseitige Erhitzen und Verschmelzen der (alkohol)gefüllten Glaskörper bedarf handwerklicher Kunstfertigkeit.
 == Siehe auch ==
 * [[Archimedisches Prinzip]]
 * [[Aräometer]]
+* [[Sturmglas]]
 == Literatur ==
-* Christian Ucke, Hans-Joachim Schlichting: ''Das Galilei-Thermometer. Termometro Lento.'' In: ''Physik in unserer Zeit.'' 25 (1994), Heft 1, S. 44–45 [http://users.physik.tu-muenchen.de/cucke/ftp/lectures/galilei.pdf (pdf)]
+* Christian Ucke, Hans-Joachim Schlichting: ''Das Galilei-Thermometer. Termometro Lento.'' In: ''Physik in unserer Zeit.'' 25 (1994), Heft 1, S. 44–45 [https://www.uni-muenster.de/imperia/md/content/fachbereich_physik/didaktik_physik/publikationen/galilei_thermometer.pdf (pdf)]
 == Weblinks ==
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+== Einzelnachweise ==
+<references />
 {{SORTIERUNG:Galileothermometer}}